Wizerunek Madonny z Guadalupe - obok Całunu Turyńskiego - do dziś uchodzi za najbardziej tajemniczy obraz w dziejach świata. Im dokładniejszym badaniom poddawany jest obraz, tym większą staje się zagadką.
Na tkaninie z wizerunkiem nie znaleziono obecności żadnych farb, barwników czy śladów pędzla.
Układ gwiazd na płaszczu Matki Bożej odpowiada wyglądowi nieba nad miastem Meksyk w momencie objawień.
Współczesne badania pozwoliły ustalić, że w źrenicach Maryi została utrwalona scena prezentacji płaszcza z cudownym wizerunkiem przed biskupem Meksyku, w której uczestniczyło kilkanaście osób.