À l'occasion de l'exposition Fra Angelico, Botticelli... Chefs-d'oeuvre retrouvés, organisée par le musée Condé, le Portrait de Simonetta Vespucci a été analysé et restauré au laboratoire et dans les ateliers du C2RMF.

Ce magnifique portrait posthume a été peint sur une planche de peuplier. Cette essence était privilégiée par la peinture italienne depuis la seconde moitié du XIIIe siècle, mais elle a l'inconvénient d'être très sensible aux vrillettes, comme le montre le détail de la radiographie du visage : les multiples traces blanches verticales témoignent des ravages de ce coléoptère. La fragilisation du panneau causée par le réseau de galeries de ces parasites, ainsi que la choix de la découpe du bois, expliquent sans doute la formation de deux fentes parallèles au fil du bois et visibles aussi sur la radio.

L'observation des tranches du panneau indique que ces marges ont été recoupées puisque l'on peut voir ouvertes les galeries creusées par les xylophages.

L'examen à la réflectographie infrarouge montre un contours extrêmement net, indiquant qu'aucun tracé n'a été repris : le personnage est parfaitement délimité, ce qui suggère que le dessin a été reporté par calque à partir d'un carton réalisé avant le tableau.

L'examen attentif du panneau a aussi permis d'établir que l'emplacement de l'inscription avait été prévu dès l'origine et n'avait pas été rapporté dans la seconde moitié du XVIe siècle, comme le soutenait la critique antérieure. En effet, la radiographie montre bien que l'inscription ne se superpose pas à la composition et que le buste du personnage ne se poursuit pas sous ce bandeau inférieur.

Le peintre a employé une palette très riche et extrêmement travaillée, comme le révèlent les examens au microscope et l'étude de micro-prélèvements. Le ciel est peint à l'aide d'une belle azurite à gros broyage mêlée de blanc de plomb (observation au microscope avec grossissement x16).
Les carnations du visage très travaillées apparaissent déjà sur la radiographie, notamment au niveau du cou où elles sont plus contrastées que dans la version finale. Les micro-prélèvements permettent de préciser le travail des ombres : les ombres profondes sont constituées de deux couches, une sous-couche beige verdâtre (ocres, vert au cuivre associés à de la laque, du vermillon et du jaune de plomb et d'étain) recouverte d'une fine couche plus sombre (terres et vert de cuivre). Les zones de rehauts sont riches en blanc de plomb, mêlé d'un peu d'ocre, de quelques grains de laque rouge et de vermillon.

L'analyse des micro-prélèvements a permis d'orienter les choix de la restauration : la couche grise superficielle extrêmement fine qui recouvrait le tableau a pu être identifiée comme n'étant pas originale, en raison de sa composition et de sa présence uniforme sur l'ensemble du tableau, y compris dans les craquelures. Il a été choisi d'amincir cette couche non originale ; ce nettoyage a redonné un nouvel éclat au tableau.