年11月14日晚，年仅38岁的光绪皇帝在中南海瀛台涵元殿逝世。那天早晨，御医周景焘曾入内看脉，据他所说，光绪当时仰卧在床上，瞪目指口，大概是想吃东西，而那时身边一个太监都没有。就连寝宫里的器皿，也都被太监们盗窃殆尽，只剩下一个玉鼎”。颇为凄惨的是，光绪临终前没有一名亲属或大臣在身旁，等被人发现时，早已死去多时了。
按照野史《清光绪外传》中的记载，十月初十是慈禧太后的生日，但后来这场贺礼却被慈禧取消了。因为慈禧当时患有痢疾，拉肚子已有一两个月，经不起折腾，已经是奄奄一息，快不行了。当光绪听到这个消息后，就返回自己的寝宫，心情还不错。但光绪的表情被监视的太监看到，随后跑去密告慈禧太后说，皇上听说太后病重，脸有喜色。慈禧太后听后勃然大怒：“我不能死在你前头！”
随后的几天里，慈禧太后和光绪的病情都没有任何好转的迹象，七月十九日，皇宫禁门开始增加卫兵，凡是出入宫的人都要检查，当时传慈禧太后和光绪皇帝两人随时可能崩逝，宫中气氛非常紧张。二十一日，隆裕皇后去瀛台涵元殿时，光绪早已死去多时，当时竟然无人知道。隆裕皇后心里害怕，大哭而出，奔到慈禧太后那里告知光绪已死。
《清光绪外传》毕竟是野史，不可全信，但就算是野史，也有真实的内容。摄政王载沣在日记中记载：“二十日，上疾大渐……钦奉懿旨：醇亲王载沣著授为摄政王，钦此；又面承懿旨：醇亲王载沣之子溥仪著在宫内教养，并在上书房读书，钦此；叩辞至再，未邀俞允，即命携之入宫。万分无法，不敢再辞，钦遵于申刻由府携溥仪入宫。又蒙召见，告知已将溥仪交在隆裕皇后宫中教养，钦此……二十一日，癸酉酉刻，小臣载沣跪闻皇上崩于瀛台……面承懿旨：摄政王载沣之子溥仪著入承大统为嗣皇帝，钦此。”
从时间上来看，两段记载有着互补之处，但宫中消息不是外人所能知道的，里面是否有隐情，无人得知。作为历史事实，慈禧太后与光绪皇帝这两个大清帝国的权力象征者和实际掌握者在戊戌政变后一直是矛盾重重。在这场皇宫的权力斗争中，光绪从小就处于劣势，在最后的10年中一直郁郁寡欢。到最后，两人的竞争变成了身体和生命存续的竞争，体弱多病的光绪和年迈衰败的慈禧展开了一场时间上的持久战。
《清宫琐谈》（太监的回忆录）中记载：光绪在弥留之际，当时在瀛台侍疾者共6名，其中两人饿死，剩下几人食不果腹，“因饿失血者有三人”。光绪在死前曾在床上召唤医生周某，周某见光绪两眼瞪大，4次用手指口，知道光绪是饿急了，但环顾周围，实在是没有吃的。后来，光绪帝便渐无声息了。
启功也曾谈及其曾祖溥良的一件往事：当光绪帝和慈禧太后都快不行时，时任礼部尚书的溥良和其他的官员也都昼夜守候在慈禧太后的寝宫之外。就在宣布慈禧太后“驾崩”前，溥良见一太监端着一个盖碗从寝宫中出来，他便上前问这太监端的是什么，太监说：“这是老佛爷赏给万岁爷的塌喇（满语“酸奶”的意思）。”送后不久，就由隆裕皇后医院正堂宣布光绪帝驾崩了。
《花随人圣庵摭忆》中说光绪并非善终，但其怀疑的对象却指向了隆裕皇后和其宠信的太监小德张，而幕后的指使人可能是慈禧太后。
从公布的医案看，光绪在临终前半年的病势十分严重，江苏名医曹元恒就曾在三月初九的医案中写道：皇上肝肾阴虚，脾阳不足，气血两损，在治疗上不论是寒凉药还是温燥药都不能用，已处于无药可对症的病状。五月初十，上海名医陈秉钧同样也在医案中写有“调理多时，全无寸效”一语。
为了给光绪治病，宫廷还起用了西医。当时天津知名的西医屈桂庭对光绪认为光绪的病症主要有：常患遗泄，头痛，发热，脊骨痛，无胃口，腰部显示有病；此外，肺部不佳，似有痨症；面色苍白无血色，脉搏弱，心房亦弱。
《德宗请脉记》中记载，江苏名医杜仲骏在七月十六日第一次入诊后便对户部尚书陆润庠说：“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。”十月中旬后，光绪除原有病症之外，又增加了咳嗽、气逆、发喘等症，并出现肺部炎症及心肺衰竭，已处于病危状态，杜仲骏私下对朝臣说：“此病不出四日，必有危险。”
年5月，《近代史研究》上刊登了一篇“光绪死亡原因探析”的文章，文章内容宣称通过最新的检验数据分析得出了“光绪死于急性砒霜中毒”的结论。据北京市公安局法医检验鉴定中心对“光绪头发含砷量中子活化分析”得出的数据，光绪的枕部、颈后部和发梢出现了砷含量高倍超过致死量的情况，这篇文章的作者提出这是由“死后呕吐”所造成的。所谓“死后呕吐”，就是指“腐败气体使腹腔内压增高、胃肠受压迫而使胃内食物溢出口腔之外，或者进入喉头、气管之内”，尸体腐败过程中均会出现类似情况。光绪头发出现砷含量高峰段位证实了“光绪头发中所含致命砷（砒霜）是由于光绪尸体腐败时‘死后呕吐’而形成的”。文章综合中子活化分析实验、法医病理毒化检测结果及运用侦查方式进行的分析，判断“光绪明显符合急性中毒死亡的特征”。
根据西医屈桂庭的回忆，他在给光绪治病的一个月后，光绪突然有一天连呼腹痛，汗如雨下，捂着肚子在床上乱滚，连喊：“肚子痛得了不得！”屈桂庭当时也感觉里面有问题，但也不敢多言，担心惹祸上身。当时他能做的，就是让光绪躺在床上，以毛巾施行热敷而已。等到光绪疼痛稍缓，屈桂庭便匆匆辞去。此后宫内情形和光绪病状，屈桂庭自称毫无所知，他自己曾说，光绪之死实是个难解之谜。
结合之前的“老佛爷赏给万岁爷的塌喇”、屈桂庭观察到的“忽然肚痛”及“死后呕吐”后的高倍砒霜含量，似乎能证明光绪被人下毒的可能性。不过，在年清西陵文物管理处在清理崇陵地宫时，发现光绪的遗体完整，体长1.64米，无刃器伤痕，当时的刑侦界也介入了光绪之死的调查，通过化验颈椎和头发，并没有发现中毒现象。年，有关部门再次取样检测，依然没有得出确切的结论。
砒霜中毒在历史上极为常见，古代也积累了大量的丰富经验，应该说不难检验分析。而光绪皇帝的崇陵曾在年被盗，后又经清理，现场是否紊乱也是个问题。换句话说，也不能完全排除光绪正常死亡的可能。
换一种思路来想，慈禧有没有毒杀光绪的动机？如果慈禧太后想要谋害光绪的话，在之前的10年即可实行，大可不必在两人都已危在旦夕之时才进行。如果慈禧太后与光绪的矛盾不足以制造谋杀事件的话，那么禧太后之所以要用砒霜加速光绪的死亡，很可能是为安排继位的方便（慈禧太后甚至有可能先死而秘不发丧）。
慈禧太后对光绪没有生育能力心知肚明，而设立皇储又遭到国内外一致反对并引发“庚子国变”，由此也就无所作为。鉴于光绪即将不久于人世，而慈禧太后如不对皇位问题早做安排，清廷朝政很可能陷入崩塌的境地。
正因如此，慈禧太后必须在自己死前安排好皇位继承人的问题，这样才能让朝政正常过渡，而一个垂死而丧失了行政能力的皇帝反成了这一计划的重大障碍。为了让新皇帝名正言顺地接替皇位及载沣能够顺利地接管朝政，慈禧太后与光绪其同赴地府反而是一个合乎逻辑的选择。
