Основной задачей, стоящей перед реставраторами и учеными, было приостановить разрушение памятника и сделать возможным его дальнейшее экспонирование. В процессе реставрации пелены были применены различные методы и методики, традиционно используемые как при работе с археологическим текстилем, так и с произведениями темперной живописи и графики.
Главной сложностью на первом этапе работы реставраторов было отделение оригинального холста пелены от дублировочной ткани XIX века. Наличие большого количества гипса в составе красящих пигментов исключало возможность применения водных растворов. На протяжении нескольких месяцев реставраторы с помощью специально изготовленных тонких шпателей разной длины миллиметр за миллиметром отделяли холст от дублировочной ткани, стараясь не повредить красочный слой. Раздублированная ткань пелены была перенесена на ровную поверхность, после чего была устранена ее деформация. Очень сложным оказался подбор состава для укрепления красочного слоя.
В результате многочисленных исследований и проб было принято решение укрепить сохранившиеся изображения с помощью фторосодержащего состава. Для дальнейшего хранения и экспонирования пелена была перенесена на новую дублировочную ткань - индийский хлопок, обладающий большой плотностью и значительной степенью прозрачности. Благодаря проведенным макроскопическим исследованиям, а также изучению аналогичных изображений на сохранившихся пеленах и фаюмских портретах того времени, была выполнена реконструкция женского лица и композиции пелены в целом. Изображение женского лица, распечатанное на специальной ткани, было подведено под сохранившиеся фрагменты древней пелены. По окончанию реставрации ткань пелены была укреплена на специально изготовленном планшете в раме.