Tấm vải thô và hình ảnh đã được tiến hành phân tích nhiều lần bằng các phương tiện khoa học kỹ thuật hiện có. Có ít nhất 4 cuộc khảo sát đã được tiến hành trong khoảng 1751,1952 – 1982. Ba trong số đó đã được xuất bản thành sách.

Năm 1756, họa sĩ nổi tiếng Miguel Cabrera xuất bản tác phẩm nghiên cứu của mình trong cuốn sách "American Marvel". Bao gồm kết quả phân tích đôi mắt và các khảo sát thông thường khác của ông và 6 họa sĩ khác[24].

Năm 1929, Một tài liệu chú dẫn về hình ảnh chiếc đầu của một người đàn ông phản chiếu trong mắt phải của Ðức Trinh Nữ được công bố bởi nhà nhiếp ảnh Alfonso Marcue. Năm 1951, Carlos Salinas tiến hành xét nghiệm bức tượng ảnh và đưa ra hình ảnh một chiếc đầu của một người đàn ông phản chiếu trong mắt phải của Ðức trinh Nữ[25]. Năm 1956, Tiến sĩ Torroela-Bueno, một bác sĩ về nhãn khoa, xét nghiệm con mắt của Ðức Trinh Nữ trong bức ảnh.

Năm 1958, Tiến sĩ Rafael Torija-Lavoignet cho xuất bản tác phẩm nghiên cứu của ông, cuốn Purkinje-Sanson, được trình bày để nói về Bức Tượng Ảnh Ðức Bà Guadalupe. Năm 1962, Tiến sĩ Charles Wahig, O.D. tuyên bố sự khám phá của ông về hình ảnh phản chiếu trong mắt của Ðức Trinh Nữ khi nghiên cứu bức Tượng Ảnh với độ phóng lớn lên gấp 25 lần. Năm 1975, người ta đã cho gỡ khung kính ra để Tiến sĩ Enrique Grave, một bác sĩ nhãn khoa khác, có thể nghiên cứu kỹ hơn về bức vẽ [26].

Năm 1979, Tiến sĩ sinh lý học và côn trùng học USDA, Philip Serna Callahan đã chụp ra 40 bức hình của bức ảnh bằng tia hồng ngoại tuyến. Các bức ảnh và phát hiện của ông đã được xuất bản thành sách vào năm 1981[27]. Trong tác phẩm này, kết luận rằng bức vẽ nguyên thủy không có bản vẽ dưới, không có bản phác thảo hay bất kỳ nét cọ nào[28].

Cũng trong năm này, Tiến sĩ, bác sĩ nhãn khoa Jose Aste-Tonsmann dùng kỹ thuật phân tích sophisticate và nghệ thuật nhiếp ảnh digital để lấy ảnh cả hai mắt đã tuyên bố đã tìm thấy có ít nhất bốn hình ảnh của con người hiện ra trong cả hai mắt của Ðức Trinh Nữ. Khi phóng đại hình ảnh con mắt lên gấp 2500 lần, khẳng định sự có mặt của một nhóm người gồm 1 người đàn ông, người đàn bà và nhóm trẻ em. Tất cả là 14 người được lưu lại trong đồng tử của con mắt tương tự như bản chụp con mắt bình thường khi xảy ra "phép lạ" [29].

Năm 2002, José Antonio Flores Gómez, một nhà phục chế mỹ thuật, trong cuộc phỏng vấn với tạp chí Proceso Mexico đã đưa ra một số vấn đề kỹ thuật của mảnh vải mà ông đã tiến hành nghiên cứu trong các năm 1947 và 1973[30]. Bức vẽ chưa từng được sơn phủ.

Cuốn "Proceso" cũng được xuất bản vào năm 2002 ghi lại cuộc phỏng vấn với José Sol Rosales, trước đây là giám đốc Trung tâm Bảo tồn và Thống kê cổ vật nhân tạo (Patrimonio Artístico Mueble) của Viện Mỹ thuật (Inba) tại thành phố Mexico. Cuộc phỏng vấn này được trích dẫn từ một báo cáo mà Rosales đã viết vào năm 1982 trình bày những phát hiện của ông khi thực hiện quá trình kiểm tra tấm vải bằng ánh sáng tia cực tím - ở độ phóng đại thấp – dưới kính hiển vi âm thanh stereo, loại vẫn được sử dụng cho phẫu thuật để tạo nên không gian ba chiều của mẫu vật. Trong tác phẩm này đã khẳng định màu sắc và độ sáng của bức vẽ rất đặc biệt[31].

Trong gần 500 năm tồn tại kể từ khi "phép lạ" xảy ra, tấm vải vẫn tồn tại mà không bị mục nát. Trong khi một bản sao được làm trên chất liệu tương tự chỉ giữ được khoảng 15 năm[32]. Năm 1971, sự cố tràn dung dịch axit amoniac lên phần trên và bên phải bức vẽ. Mặc dù không được sửa chữa nó đã tự phục hồi như cũ[33]. Năm 1921, một trái bom đã nổ ngay dưới chân bức vẽ khiến nhiều đồ vật bị phá hủy nhưng bức vẽ lại không bị hư hại gì. Các ngôi sao xuất hiện trên tà áo Đức Maria trùng với bản đồ sao xuất hiện trên bầu trời Mêxicô hôm xảy ra phép lạ.

Nhiều trang web Công giáo dẫn chứng (mặc dù không dẫn nguồn) vào năm 1936[34], Friz Hahn, giáo sư ở Mexico, lấy hai sợi chỉ từ tấm vải gửi cho Tiến sĩ Richard Kuhn, Khoa trưởng Phân khoa Hóa học Ðại Học Kaiser Wilhelm, sau khi nghiên cứu cùng với các giáo sư của phân khoa đã đi đến kết luận là màu sắc của các sợi chỉ không nằm trong danh sách những màu sắc mà họ đã nghiên cứu và hiểu biết[29].