Агент Оранж). Той претърпява обезобразяване в резултат на отравянето, но оттогава е напълно възстановен физически. 

Юшченко се разболява сериозно в началото на септември 2004 г. Той бива настанен в клиниката в Рудолфинехаус във Виена за лечение и диагностициран с остър панкреатит, съпроводен с междинни едематозни промени поради сериозна вирусна инфекция и наличие на химически вещества в организма, които обикновено не се срещат в хранителните продукти. Юшченко заявява, че е бил отровен от правителствени агенти. След заболяването лицето му е обезобразено (жълтеникаво, подуто и помръкнало). Британският токсиколог професор Джон Хенри от болница „Св. Мери“ в Лондон заявява, че промените в лицето на Юшченко се дължат на хлоракне, което е следствие от диоксиновото отравяне. Холандският токсиколог Брам Бруер заявява, че промените във външния му вид са резултат от хлоракне и са открити нива на диоксин в кръвта на Юшченко 6000 пъти над нормалното. На 11 декември д-р Майкъл Зимпфер от клиника „Рудолфинера“ заявява, че Юшченко е погълнал тетрахлородибензодиоксин и е имал 1000 пъти по-голяма концентрация в тялото си. Не всички в медицинската общност се съгласяват с тази диагноза, включително и главния медицински директор на клиниката д-р Лотар Уик, който заявява, че няма признаци на отравяне, различно от тежкото хлоракне, което се вижда на лицето на Юшченко и твърди, че поради несъгласието си е бил принуден от поддръжници на политика да подаде оставка.Твърденията на Уик довеждат до някои въпроси относно истинността и мотивите на Юшченко.Много хора свързват отравянето на Юшченко с вечеря с група висши украински служители (включително Володимир Сатчук), която се провежда на 5 септември. От 2005 г. Юшченко е лекуван от екип от лекари, ръководен от професор Жан Саарат от Женевската болница. Анализът на телесните течности и тъкани на Юшченко предоставя полезна информация за токсикокинетиката на тетрахлородибензодиоксина и неговите метаболити при човека. През юни 2008 г. в интервю за Би Би Си Давид Жвания, бивш политически съюзник на Юшченко, дискредитиран агент на Москва и бивш министър в първото правителство на Тимошенко, заявява, че Юшченко не е бил отровен през 2004 г., а лабораторните резултати са били фалшифицирани. Самият Юшченко обвинява Давид Жвания, кръстник на едно от децата му, за участие в отравянето с диоксин. През август 2009 г. „The Lancet“ публикува научна статия на швейцарски и украински изследователи относно мониторинга, формата, разпределението и отстраняването на 2,3,7,8-тетрахлордибензодиоксин (TCDD) в организма на Юшченко във връзка с тежкото му отравяне. Нивата на TCDD за 2004 г. в кръвната проба на Юшченко са 50 000 пъти по-високи от тези в общото население.. Това ново проучване също стига до извода, че диоксинът „е толкова чист, че определено е бил направен в лаборатория“.

На 27 септември 2009 г. Юшченко заявява в интервю, излъчено по Канал 1 + 1, че свидетелствата на трима мъже, които са присъствали на вечерята през 2004 г., по време на която смята, че е бил отровен, е от решаващо значение за приключването на разследването, като заявява, че тези хора към момента са в Русия. Украински прокурори заявяват, че Русия е отказала да екстрадира един от мъжете, бивш заместник-началник на службата за сигурност на Украйна (Володимир Сатчук), защото притежава руско и украинско гражданство. След пристигането си в Русия, Сатчук получава руско гражданство, което го защитава от екстрадиция.


Почести и награди
Голям командирски кръст от Орден Три Звезди (Латвия, 2006 г.)
Голям кръст със златна верига от Орден Витаутас Велики (Литва, 2006 г.)[97]
Голям рицарски кръст от Орден Крал Томислав („За изключителен принос за насърчаване на приятелството и сътрудничеството за развитие между Република Хърватия и Украйна“) (6 юни 2007 г.)
Голям кръст от Орден Полония Реститута (Полша, 2009 г.)
Орден „За заслуги“ трета степен (Украйна, 1996 г.)
Медал на свободата – Американски конституционен център, Филаделфия (САЩ, 2005 г.)
Орден Гейдар Алиев (Азербайджан, 2008 г.)
Орден на Бялата роза на Финландия (2006 г.)
Орден на Златното руно (Грузия, 2009 г.)
Орден на победата на Свети Георги (Грузия, 2009 г.)
Орден на Белия орел (Полша, 2005 г.)
Кралски орден на Серафимите (Швеция, 2008 г.)
Орден за заслуги на Унгарската република (2008 г.)
Квадрига (Германия, 2006 г.)
Мъж на годината (2004 г.) от списание „Wprost“. Включен в годишната класация на 100-те най-влиятелни личности в света на списание „Time“ (2005 г.). Доктор хонорис кауза на Националния университет в Киев – Могила академия (1996 г.), Университета Мария Кюри – Склодовска (2000 г.) и Католическия университет в Люблин (2009 г.). Почетен член на Академията на науките в Молдова.