Une enquête importante sur les dépouilles mortelles du Saint commença le 6 janvier 1981, à l'occasion du 750ème anniversaire de la mort de saint Antoine. Une commission religieuse et une commission technico-scientifique, toutes deux nommées par le Saint Siège, s'occupèrent de l'ouverture de la tombe et examinèrent ce qu'ils y découvrirent.

Après avoir retiré une dalle latérale en marbre vert, on y trouva une grande caisse en bois de sapin enveloppée dans des draps.

Celle-ci contenait une autre caisse plus petite, également en sapin, à l'intérieur de laquelle se trouvaient dans des enveloppes différentes, placés dans trois compartiments, enveloppés dans des draps précieux et avec des écritures indicatives:

- le squelette, à l'exception du menton, de l'avant-bras gauche et d'autres parties mineures (conservées depuis des siècles dans des reliquaires particuliers),
- la tunique,
- la "massa corporis", c'est-à-dire les cendres.