Lúc 8:00 giờ sáng (16:00 UTC) ngày 20.12.2009, Sở cứu hỏa Los Angeles đã đáp lại một "yêu cầu cấp cứu"[18] từ nhà của Murphy và Monjack tại Los Angeles. Dường như cô bị đột quỵ trong phòng tắm.[2] Các nhân viên cứu hỏa đã tìm cách làm cho Murphy hồi tỉnh tại chỗ rồi sau đó chở cô vào Trung tâm Y khoa Cedars-Sinai, nơi cô bị tuyên bố là đã chết khi vừa tới nơi[19] lúc 10 giờ 04 phút buổi sáng sau khi tim ngừng đập.[2][18] Nguyên nhân tử vong chưa được xác định, nhưng phụ tá trưởng Trung tâm Y khoa Coroner Ed Winter nói với hãng Associated Press rằng: "Đây có vẻ là cái chết do bệnh tự nhiên."[20][21] Các kết quả đầy đủ phải chờ sau khi giải phẫu tử thi và các chuyên gia xem xét các thuốc mà cô sử dụng cùng báo cáo về ngộ độc.[20][21]

Theo kết luận của Cơ quan điều tra Los Angeles, trước khi chết, nữ diễn viên không hề bị suy nhược và gầy yếu như tin đồn. Cô cũng không có dấu hiệu lạm dụng rượu và chất kích thích. Tờ tạp chí People đưa tin vào ngày 25 tháng 2 năm 2010, cơ quan điều tra đã công bố bản kết luận dài 84 trang. Trong đó, các số liệu cho thấy Brittany có hàm lượng thuốc giảm đau Vicodin khá cao trong máu, tuy nhiên không hề phạm luật cũng như không gây nguy hiểm đến tính mạng. "Người chết không có tiền sử nghiện rượu hay chất kích thích", bản tổng kết viết. "Toàn bộ bề ngoài của cơ thể vẫn còn săn chắc với chiều cao 1,65 m và cân nặng 52 kg. Cơ thể phát triển tốt, cơ bắp đều bình thường, tuy mảnh khảnh nhưng không quá gầy". cơ quan điều tra tuyên bố nguyên nhân sâu xa cho cái chết của nữ diễn viên là chứng viêm phổi. Brittany đã dùng quá nhiều thuốc điều trị, dẫn đến nhiễm độc thuốc và tụt huyết áp. Kết luận, cái chết của ngôi sao 32 tuổi là một tai nạn nhưng hoàn toàn có thể ngăn ngừa được. Cảnh sát cũng khẳng định không hề có âm mưu ám sát nữ diễn viên như tin đồn.[22]