A színésznőt édesanyja találta összeesve hollywoodi otthonának fürdőszobájában, miután Murphy segítségért kiáltott. Ugyan kórházba szállították, röviddel azt követően meghalt. A Los Angeles megyei halottkém hivatalos jelentése szerint a halál oka tüdőgyulladás volt, amihez súlyos vashiány és vény nélkül kapható gyógyszerek okozta mérgezés társult.

A 2021-ben bemutatott What Happened, Brittany Murphy? című HBO-dokumentumfilmben Dr. Lisa Scheinn helyettes orvosszakértő úgy nyilatkozott: „Ha időben kórházba került volna, a mellkasröntgenen könnyen kimutatható a tüdőgyulladás. Nagyon egyszerű megtenni. Lehet, hogy el tudták volna kezdeni a kezelést, de lett volna esélye.”

A halálakor mért hemoglobinszintje mindössze 3,0 volt, amit a szakértők „nagyon vérszegénynek” minősítettek, szemben a 12-15,5 közötti normál értékkel.

A tragédiát még rejtélyesebbé tette, hogy 5 hónappal később, 2010 májusában férje, Simon Monjack ugyanabban a házban, ugyanolyan körülmények között hunyt el. A 40 éves férfi halálát szintén tüdőgyulladás, vérszegénység és gyógyszermérgezés kombinációja okozta, ami intenzív találgatásokat indított el.

Felmerült a mérgezés, egy feltételezett étkezési zavar, sőt az is, hogy a házban rejtőző mérgező penész spórái kerülhettek a tüdejükbe. Ezt a teóriát azonban Ed Winter, a Los Angeles megyei halottkém hivatalának helyettes vezetője határozottan cáfolta: a toxikológiai vizsgálatok és a boncolások „nem találtak bizonyítékot arra, hogy a penész bármilyen szerepet játszott volna a halálukban”, és egyikük tüdejében sem találtak spórákat – írja a Mirror.

Brittany édesapja, Angelo Bertolotti 2013-ban független toxikológiai vizsgálatot rendelt el, miután megvádolta a színésznő édesanyját, Sharont, hogy megmérgezte a párt. A hajmintákban fémnyomokat találtak, de a hivatalos toxikológiai jelentés nem mutatott ki mérgezést, és a fémek jelenlétét hétköznapi forrásokkal – például hajfestékkel vagy hajlakkal – magyarázták. A nehézfém-mérgezésre utaló jelek a vérben vagy a körmökben nem voltak jelen. Sharon Murphy a lánya halála óta visszavonultan él, teljesen eltűnt a nyilvánosság elől.