A volt titkos ügynök november 1-jén a Piccadilly Circusön találkozott egy régi kapcsolatával, bizonyos Marióval, miután az korábban telefonon értesítette, hogy információkkal rendelkezik az októberben Moszkvában lelőtt újságírónő, Anna Politkovszkaja meggyilkolásával kapcsolatban. Az ismerős, aki maga is újságíró, javasolta, hogy üljenek be valahova, de Litvinyenko ötlete volt az Itsu szusibár. Az olasz kapcsolat nem evett semmit, és nagyon idegesnek látszott. Egy négyoldalas dokumentumot adott át helyszíni elolvasásra az orosz exügynöknek, amelyen több név, köztük a KGB utódszervezetében, az FSB-ben dolgozó tiszteké szerepelt, akik összefüggésbe hozhatók a Politkovszkaja-merénylettel. A papír egy egyszerű kinyomtatott e-mail volt, és Litvinyenko nem is értette, miért volt szükség ehhez a személyes találkozásra.

A rövid megbeszélés után nem sokkal az alezredes roszszul lett. Felesége, Marina először vírusfertőzésre gyanakodott, de a heveny és abnormális hányás alapján gyanút fogott, végül a harmadik napon kórházba szállíttatta a beteget. Állapota fokozatosan súlyosbodott. Mint közeli barátja, Alex Goldfarb, a Sky News televíziónak adott interjújában elmondta, "a korábban jóképű férfi szörnyen néz ki, minden haja kihullott, a mirigyei meg vannak duzzadva, csak infúzióval lehet táplálni, veséje felmondta a szolgálatot". Károsodást szenvedett a csontvelőállománya és a fehérvérsejtek számának drámai csökkenésével immunrendszere is. Lapértesülések szerint Litvinyenkót színtelen, szagtalan és íztelen talliummal mérgezték meg, ám nem kizárható, hogy kondíciójához egy további, egyelőre nem azonosított hatóanyag is hozzájárul. Vasárnap délután az orvosok ötvenszázalékos esélyt adtak felgyógyulására.

A The Sunday Times információi szerint Alekszandr Litvinyenko 1998-ban szerzett kétes hírnevet, amikor azzal vádolta az orosz hatóságokat, hogy el akarják tenni láb alól Borisz Berezovszkijt, az azóta a szigetországban letelepedett, abban az időben Borisz Jelcin elnökhöz közel álló iparmágnást. Ettől kezdve a szervezett bűnözéssel foglalkozó szakértő helyzete tarthatatlanná vált a titkosszolgálaton belül, többször is koholt vádakkal illették, majd amikor 2000-ben, bizonyítékok hamisítására hivatkozva harmadszor is letartóztatták, Törökországon keresztül Nagy-Britanniába menekült. Feleségével és fiával együtt politikai menedékjogot kért és kapott. Az orosz kormány szemében továbbra is szálka maradt. Azzal vádolta Putyin elnököt és környezetét, hogy az FSB állt az 1999-es, a csecsenföldi invázió ürügyéül szolgáló moszkvai lakóházrobbantások mögött.

Litvinyenko tragédiája a hidegháború egyik legsötétebb epizódjára emlékezteti a briteket. 1978-ban a londoni Waterloo hídon egy buszmegállóban szúrta meg esernyőnek álcázott fegyverbe rejtett, ricinnel mérgezett golyóval egy máig ismeretlen tettes a BBC munkatársát, Georgi Markov disszidens író-újságírót. A kommunista rendszer kritikusa három nappal később életét vesztette. A Scotland Yard máig nem zárta le az ügyet, az eddigi ismeretek szerint az akció a KGB és a bolgár titkosrendőrség közös műve volt. Viktor Juscsenko ukrán elnököt a 2004-es választási kampány idején mérgezték meg ellenfelei valószínűleg dioxinnal, melynek nyomát eltorzult arca egy életen át viseli.