Могила Тимура занимала центральное положение в подвальном помещении мавзолея: ее надгробье состоит из очень массивной, грубо отесанной плиты серого известняка, поверх которой на ганчевом растворе была прикреплена тонкая плита оникса, покрытая тончайшим резным узором посвятительной надписи. Под плитой был обнаружен толстый слой ганча, перекрывающий массивные поперечные блоки известняка, служившие кровельным перекрытием погребальной камеры. Погребальная камера, сложенная из массивных известняковых блоков, хорошо пригнанных между собой, представляла прямоугольник три метра на метр, при глубине около метра. Внутри этой камеры находился деревянный гроб совершенно идентичной формы ныне бытующим. Поверх гроба сохранились остатки некогда покрывавшего его парчового покрывала темно-синего, почти черного цвета, с вытканными на нем серебряной ниткой изречениями Корана. Гроб из арчи был сколочен массивными, четырехугольными в сечении, железными гвоздями, с большими шляпками. Все гвозди были совершенно коррозированы. При вскрытии гроба был ощущаем очень резкий, опьяняющий запах камфоры и каких-то других, вероятно, консервирующих веществ.
В гробу был обнаружен костяк, лежащий на спине, с вытянутыми, сведенными в кистях руками, вытянутыми ногами и головой, лежащей на правой щеке, лицом, обращенным в сторону Мекки. Кости кое-где были покрыты мелкими обрывками ткани. У головы, шеи, в области внутренней стороны бедер были обнаружены остатки мумифицированных мышц и кожи. Кисти рук и мелкие кости стоп были перемешаны и спутаны. Все кости были покрыты тонким отмученным лессом; кое-где были замечены на костях тонкоигольчатые друзы гипса, выпавшие из водного раствора. Извлеченный с максимальной осторожностью череп в течение трех часов просушивался в тени на открытом воздухе, после чего представилась возможность произвести его предварительную консервацию, т.е. закрепление посредством пропитки воском. Перед пропиткой с черепа были сняты сохранившиеся волосы головы, бровей, усов и бороды.
Одной из основных задач экспедиции являлась документация подлинности захоронения Тимура. Посвятительная надпись на надгробье сама по себе еще не решала данного вопроса. Только изучение скелета могло дать исчерпывающий ответ.
Народы Востока сохранили до наших дней сотни легендарных сказаний о величайшем завоевателе XV в. Перед одним именем Железного Хромца трепетала не только Средняя Азия, но и далекие Китай и Индия, а слава о его могуществе и сказочных богатствах доходила до Европы. Биографы не жалели красок для описания его великих походов, но, к сожалению, очень мало оставили данных о его внешности, сведения противоречивы и неясны.
Время не сохранило ни одного сколько-нибудь правдоподобного изображения Тимура. Многочисленные миниатюры, по преимуществу иранского и индийского происхождения, чрезвычайно несхожие между собой и к тому же датируемые значительно более поздним временем, не могут быть приняты как достоверные. Немного можно почерпнуть и из письменных источников. Однако свидетельство о том, что Тимур происходит из отуреченного монгольского рода, является таким документом, который дает право категорически отказаться от рассмотрения иранских и индийских миниатюр, наделяющих Тимура типичными чертами индо-европейца.
Обнаруженный скелет принадлежит сильному человеку, относительно высокого роста для монгола (около 170 см). Еще в момент вскрытия было обращено внимание на ряд патологических особенностей скелета. При ближайшем рассмотрении оказалось, что кости правой руки действительно срослись в локтевом суставе в несколько согнутом положении. Все три кости образовали как бы один совершенно неделимый блок. Процесс сращения зашел так далеко, что образовавшеяся костная мозоль совершенно перекрыла суставные поверхности, образуя мощный наплыв над ними. Такая дефектность руки в локте была компенсирована сильным разращением верхнего эпифиза плечевой кости и соответствующими изменениями в лопатке. Таким образом, следует думать, что, несмотря на столь глубоко зашедший болезненный процесс, Тимур не утратил подвижности этой руки в плечевом суставе. Строение кисти руки тоже является доказательством того, что рука не только функционировала, но и была чрезвычайно сильной, чему не мешал изуродованный ранением указательный палец.