在清宫医案中，既有当年御医为光绪诊病用药的原始病历，也有光绪本人口述或亲书病史病状的“病原”，尤其是光绪临死前半年的“脉案”保存得相当完整。这些珍贵的原始记录，应是解开光绪生前病状及其死因的重要而可靠的直接依据。根据这些珍贵的诊病原始记录，中国第一历史档案馆清史档案专家会同中国中医研究院医学专家，对光绪病案进行了深入系统的研究。他们的研究成果对揭开光绪的死因提供了真实可靠的依据。
光绪之所以会在壮年夭亡，首先，这与他一贯体质积弱，自幼失于调养有关。从光绪早年的医案及其自述的“病原”得知，他自幼体弱多病，且有长期遗精病史。光绪三十七岁时，在亲书的“病原”中说：遗精已经将近二十年，前几年每月遗精十几次，近几年每月二三次，经常是无梦不举就自行遗泄，冬天较为严重。腰腿肩背经常感觉酸沉，稍遇风寒必定头疼，耳鸣现象也近十年。可见，光绪体质一直不好。另据光绪十年、十二年(1884、1886年)的脉案，知其经常患感冒及脾胃病，汤药、丸药很少有不用的时候。这时光绪年仅十五六岁，即已弱不禁风，失去抵抗病菌之力而多灾多难。这些档案记载与民间的传闻以及一些文献中所记述的情景颇为相似。
其次，成年以后的光绪，体质虽未见好转，遗精及腰背酸沉等病仍在继续。但从医案记录来看，在光绪十五年至二十四年之间，其诊病吃药的次数却相对有所减少，到光绪二十四年末及二十五年以后他的病情却突然加重，体质直线下降。据当时医案记载，其病状纷纭，甚为复杂。如光绪二十五年(1899)正月初八日的医案是这样记载的：朱焜、门定鳌、庄守和、张仲元请得皇上脉息左寸关沉滑稍数，人迎见浮，右寸关沉滑而数，两尺细弱，沉取尤甚。头痛恶寒，身肢酸痛。面色青黄而滞。……头觉眩晕，坐久则痛。左边颊颐发木，耳后项筋酸疼。腭间偏左粟泡呛破，漱口时或带血丝，咽喉觉挡，左边似欲起泡，右边微疼。……舌苔中灰边黄。左牙疼痛较甚，唇焦起皮，口渴思饮，喉痒呛刻，气不舒畅，心烦而悸，不耐事扰，时作太息。目中白睛红丝未净，视物眯朦，左眼尤甚，眼泡时觉发胀。耳内觉聋，时作烘声。胸中发堵，呼吸言语丹田气觉不足，胸中窄狭，小腹时见气厥，下部觉空，推揉按摩稍觉舒畅，气短懒言。两肩坠痛。夜寐少眠，醒后筋脉觉僵，难以转侧。梦闻金声偶或滑精，……心中无因自觉发笑。进膳不香，消化不快。……下部潮湿寒凉。大便燥结。小水频数时或艰涩不利等症。本由禀赋素弱，心脾久虚，肝阴不足，虚火上浮，腠理不密，感受风寒使然。今仅暂用疏风寒之中，仍寓养心扶脾润肺生津滋养肝肾之剂。尚宜节劳静养调理。所开出的药方是：防风二钱，川芎一钱五分，薄荷八分，羌活一钱五分，云茯神苓各二钱，元参三钱，干地黄三钱，霜桑叶二钱，花粉二钱，桔梗二钱，干草八分，建曲二钱，引用甘菊二钱，生姜三斤。此日脉案可谓详尽，而自此以后二三年脉案，大都与此相近，且病情逐渐加剧。到光绪二十六年(1900)，光绪皇帝的疾病不断恶化，从未好转，从脉案中的记载，可以看出其病已入五脏，气血双亏，病情日趋严重。
到了光绪三十四年春，也就是光绪临终前半年，其病势已十分严重，宫中御医已均无良方可施，眼看光绪就要不行了，清廷这才急忙征召江苏名医陈秉钧、曹元恒来京入宫诊视。紧接着又向直隶、两江、湖广、山东、河南、山西等督抚发出电旨：入春以来，皇上欠安。在京各医，诊治无效。希各处精选名医，迅速来京，恭候传诊。各省接此电旨，很快就保举吕用宾、周景涛、杜仲骏、施焕、张鹏年等名医来京。并分别致电直隶、四川、云南、贵州等省督抚，告知速送川续断、苏芡实、北沙参、苡米、广陈皮、桑寄生、杭白菊、茯苓、甘枸杞等御用上品药材。可为时已晚。此后，主要由以上诸人为光绪诊脉开方，如光绪三十四年(1908)三月初九日，江苏名医曹元恒在医案中写道：皇上肝肾阴虚，脾阳不足，气血亏损，病势十分严重，在治疗上不论是寒凉药还是温燥药都不能用，处于无药可对症的严重病状。只得开些平安药：鳖甲心三钱，水灸;新会皮七分、云茯苓三钱、飞辰砂三分、拌;石决明四钱，盐水煅;盐半夏一钱五分、粉罴榭三钱、杭菊瓣一钱、炒谷芽四钱，水煎服。五月初十日(6月8日)，陈秉钧更在“脉案”上写有“调理多时，全无寸效”之语，光绪的病状更加复杂多变，脏腑功能已经全部失调，死亡只是早一天晚一天的事了。
光绪本人对自己病情日益加重也十分着急，在他亲述的病原中，一再指责御医们无能。光绪三十四年(1908)五月二十六日，他因自己的病虽“屡易方药，仍属加重”而斥责御医们：“病势迁延，服药总觉无效，且一症未平，一症又起。”七月十七日，他责备御医：“服药非但无功，而且转增，实系药与病两不相合，所以误事！”八月初七日，他更申斥御医是：“每次看脉，忽忽顷刻之间，岂能将病详细推敲？不过敷衍了事而已。素号名医，何能如此草率！”等等。这些斥责严词，在他的病原中经常出现，反映了他焦躁绝望的心情。
关于光绪在死前数月其病就已无望的问题，还可以从当时的江苏名医杜仲骏所写的《德宗请脉记》一书中得到印证。杜仲骏是在光绪三十四年七月以后被征召到京专为光绪帝治病的。他在七月十六日第一次入诊后，立即对吏部尚书陆润痒说：“我此次进京，满以为能够治好皇上的病，博得微名。今天看来，徒劳无益。不求有功，只求不出差错。”这些说明，这些名医此时对光绪的疾病已是无能为力，只有敷衍了。
从光绪临终前的病情看，十月中旬，光绪的病情进入危急阶段，十月十七日，周景涛、吕用宾、杜钟骏等为光绪诊得的脉象为：左寸关弦数，右细数，两尺略缓。所有腰痛腿酸等症，绵绵日久不愈，以致步行艰难，肢体倦软。现在咳嗽气逆发喘，日甚一日，夜寐每为咳嗽所扰，竟不成寐。饮食不易消化，种种病情，皆虚损见象。根据此病案，可以看出，光绪之病，除原有症状外，咳嗽气逆发喘尤为突出，并影响了睡眠，以致夜不成寐，则更导致其他症状的加剧。他已出现肺部的炎症及心肺衰竭的临床症状。光绪皇帝已是极度虚弱，元气大伤，处于病危状态。杜钟骏私下对朝臣说：“此病不出四日，必有危险。”
十九日，光绪的病象已呈现：胸闷气短，咳嗽不断，大便不通，清气不生，浊气下降，全身疲倦乏力。此时，御医们一致“甚感棘手”，仅开些调摄之方：地骨皮二钱，干草水泡，肥知母一钱五分、淮牛膝一钱五分、苦杏仁二钱、去皮尖、霜桑叶一钱五分、炒积毂六分、川贝母三钱去心、枇杷叶一钱五分去皮灸、云茯苓二钱、桑白皮一钱五分。引用荸荠汁、萝卜汁各半酒杯，兑服。此时，死亡已向光绪靠近。
二十日，光绪已是：眼皮微睁，流着口水的嘴角在轻轻颤抖。当天夜里，光绪开始进入弥留状态，肢体发冷，白眼上翻，牙关紧闭，进入昏迷状态。到了二十一日的中午，脉博似有似无，眼睛直视，张嘴倒气。拖到傍晚，终于六脉断绝，光绪怀着一肚子的怨恨与世长辞了。
根据翔实的清宫医案，专家认为：追究光绪的死因，是属于虚痨之病日久，五脏俱病，六腑皆损，阴阳两虚，气血双亏，终以阳散阴固，出现阴阳离决而死亡。从现代医学来分析，则主要是肺结核、肝脏、心脏及风湿等长期慢性消耗性疾病，导致了抵抗力下降，出现了多系统的疾病。其直接的死亡原因，可能是心肺功能的慢性衰竭，合并急*染所造成。从光绪亲述病原及其脉案所载的病因病状及死状来分析，他自病重至临终之时，其症状演变属于进行性的一步步加剧恶化，并没有特别异常症状出现，既无中毒或其他伤害性的征象，也没有突然性暴亡的迹象，应该属于正常病死。