وتوفي عرفات في مستشفى في فرنسا عام 2004 بعد مرض مفاجئ حير الاطباء، ويعتقد كثيرون انه جرى تسميمه.
وقال دارسي كريستن وهو متحدث باسم معهد الفيزياء الاشعاعية في لوزان بسويسرا، ان المعهد عثر على مستويات مرتفعة "بشكل مثير للدهشة" من عنصر البولونيوم-210 في مقتنيات لعرفات، لكنه أكد ان الاعراض الاكلينيكية المذكورة في التقارير الطبية لعرفات لا تتناسب مع البولونيوم-210 وأنه لا يمكن استخلاص نتائج فيما يتعلق بما إذا كان قد جرى تسميمه ام لا.
واجرى المعهد اختبارات على مقتنيات شخصية لعرفات قدمته له أرملته.
واظهرت الاختبارات ان ملابسه وفرشاته للاسنان وكوفيته احتوت على مستويات غير عادية من البولونيوم وهو عنصر نادر عالي الاشعاع، حيث قال فرانسوا بوشو مدير المعهد "اننا قسنا كمية عالية من البولونيوم-210 المصنع في متعلقات للسيد عرفات تحمل بقعا من سوائل بيولوجية."
واضاف ان الوسيلة الوحيدة لتأكيد النتائج ستكون تحليل عينة من رفات عرفات لمعرفة هل توجد اثار للبولونيوم-210 ، مؤكدا ضرورة اجراء ذلك على وجه السرعة "لان البولونيوم يتحلل وعليه فاننا إذا انتظرنا طويلا فبالتأكيد فان اي أدلة محتملة ستختفي".
واكتشف ان البولونيوم كان السبب في وفاة الجاسوس الروسي السابق الكسندر ليتفنينكو في لندن في 2006 واشارت افتراضات الى انه جرى تسميمه عن عمد.
وقالت سهى أرملة عرفات انها ستطلب من السلطة الفلسطينية السماح بأخذ عينة من رفات زوجها الراحل المدفون قرب بلدة رام الله بالضفة الغربية لاجراء مزيد من التحاليل.
ولم يتمكن اطباء فرنسيون عالجوا عرفات في ايامه الاخيرة من تحديد سبب الوفاة، ورفض مسؤولون فرنسيون اعطاء تفاصيل عن حالته.