办案民警走访摸排了临淄区及其周边地区出售化学用品的试剂店，发现其中一家化学试剂公司在2016年9月初曾在购买人没有准购证的情况下违规出售过一瓶硫酸铊试剂，但无法查清究竟是何人购买。
为查明案情，办案民警提取了6名中毒人员的血样、尿样和头发，送往公安部二所进行检测。通过检测发现，除了白怀忠，在其他5人的血样、尿样中均检出系铊中毒。后办案民警再次委托南方医科大学司法鉴定中心，对6名中毒人员使用的水杯等物证进行检测分析。经检测，除了白怀忠，在另外5人的水杯上均检测出铊元素。
之前，307医院明明确诊6人都是铊中毒。但为何后两次的检测结果，却只在除白怀忠外的5人身体内和使用的物品上检测到了铊元素？白怀忠难道有特异功能，短时间内已被医治痊愈？
就在案情初露端倪之时，在医院陪床的边某的爱人提供了一个重要线索。据她反映，当时第二批进京住院的4名中毒人员，集中住在了同一个病房，每天会被医院安排进行尿检。白怀忠表现得有些奇怪，不仅没有受病痛折磨的症状，而且格外热情，每次都会主动帮其他工友从尿桶中抽取尿样，一并交给护士进行检验。种种迹象表明，，白怀忠具有重大作案嫌疑。
2017年3月，公安机关掌握了白怀忠作案的相关证据。临淄区检察院按照《关于建立重大敏感案件快速反应机制的意见》，对涉嫌投放危险物质罪的犯罪嫌疑人白怀忠依法从快批准逮捕。在强有力的证据面前，多次辩解自己冤枉的白怀忠，最终承认了投毒的犯罪事实。
据白怀忠交代，这些年他一直跟随施工队队长边某在多个工地施工。其间，两人发生过一些矛盾，日积月累下来，白怀忠认为边某故意刁难，给自己“穿小鞋”，遂心生怨恨，产生了报复教训边某的想法。
白怀忠听说铊盐无色无味，服用之后能让人中毒。经过打听，他找到临淄区附近的一家化学试剂公司，以400多元的价格买到了一小瓶硫酸铊，伺机投毒泄愤。
