Litvinenko je umrl zaradi zastrupitve z radiaktivnim izotopom, ki so mu ga podtaknili v čaj. Spil ga je v hotelu v Londonu, nato močno zbolel in kmalu zatem v bolnišnici umrl. Pred smrtjo je še obtožil ruskega predsednika Vladimirja Putina, da je on naročil njegovo smrt, kar pa so v Kremlju zavrnili. Umor Litvinenka je sicer močno obremenil odnose med Londonom in Moskvo, kjer pa vsako odgovornost za smrt bivšega ruskega tajnega agenta zavračajo.
Litvinenkova vdova Marina se je odločila, da pravico poišče na Evropskem sodišču za človekove pravice (ESČP). To pa je ugotovilo, da je Rusije odgovorna za atentat na Litvinenka v Veliki Britaniji.
Umor sta izvedla ruska državljana Andrej Lugovoj in Dmitrij Kovtun. V London sta odpotovala zgolj z namenom, da ubijeta Litvinenka. Obstajajo pa tudi zadostni, t. i. prima facie dokazi, da sta delovala v skladu z usmeritvami ali nadzorom ruskih oblasti, so ugotovili sodniki v Strasbourgu. Šlo je za načrtovano in kompleksno operacijo, v kateri je bilo treba pridobiti redek in smrtonosen strup, urediti potovanje in načrtovati poskuse, da bi Litvinenko zaužil strup, so ocenili na ESČP.
Rusija v primeru ni niti poskušala dokazati, da sta morilca delovala "na lastno pest" in da ni šlo za načrtovano operacijo. Prav tako Rusija ni uspela zavrniti trditev, da je bila država vpletena v primer. Sodišče je zato sklenilo, "da se umor Litvinenka pripiše Rusiji".
Umor Litvinenka sicer ni bil edini, ki naj bi ga naročil Kremelj in je močno razburil mednarodno skupnost. Med drugim je bil leta 2018 v središču pozornosti napad z živčnim strupom na nekdanjega agenta Sergeja Skripala v Veliki Britaniji in nato lani na enega vodilnih Putinovih Kritikov Alekseja Navalnega. Pri obeh je bil uporabljen živčni plin novičok. V Kremlju sicer tudi v teh dveh primerih zavračajo vsakršno odgovornost.
