Arafat meninggal dunia di Paris, Prancis, pada usia 75 tahun, 8 November 2004 lalu. Sebelum meninggal, Arafat mengidap kelainan darah dan mengalami stroke.
Polonium
Belakangan, istri Arafat, Suha, meyakini suaminya meninggal dunia akibat diracuni setelah ditemukan elemen radio aktif bernama polonium-210 pada sejumlah barang-barang pribadi Arafat.
Dalam sebuah acara dokumenter yang disiarkan oleh stasiun televisi Al Jazeera sejumlah peneliti dari Institut Fisika Radiasi (IRA) di Universitas Lausanne di Swiss yang disewa untuk melakukan penelitian terhadap dugaan itu mengatakan telah menemukan adanya polonium-210 dengan jumlah "signifikan" dari sampel yang diambil dari benda-benda pribadi Arafat, termasuk kafiyah yang menjadi ciri khasnya.
Polonium-210 adalah zat radioaktif yang secara alami diperoleh makanan dan tubuh dengan dosis rendah, namun senyawa ini bisa mematikan jika jika tertelan dalam dosis tinggi.