12月14日，国家文物局组织来自中国社会科学院考古研究所、北京大学考古文博学院、清华大学美术学院的专家开展实物鉴定，安排中国文化遗产研究院开展文物测试分析与健康状况评估。经研究，与1922年3月拍摄的《天龙山石窟》图版35和1923年10月拍摄的《天龙山石窟》图版41所示第8窟北壁佛龛内佛像的原状图片相比较，佛首脸型、五官、形神高度吻合，特别是右脸颊的斑驳痕迹，从右眼睑下向右耳延伸扩展的形状，与实物完全一致。佛首面部的一些细微特征，如右腮小的斑点和颈部风化形成的边缘，两者亦一致。依目前石窟保留痕迹历史图片推测，佛首被盗凿后，其背面、鼻翼均经过修整。
佛首长33.7厘米，宽30.4厘米，高44.5厘米，重55.5公斤。科技检测的测试分析结果表明，佛首石材主要由石英和方解石构成，符合天龙山岩体特征，内部一致性较好，无显著裂隙发育。顶部和耳部发现彩绘痕迹，推断佛像原始状态应有彩绘。鼻翼及鼻梁部位存有有机材料，推断有修复经历，与鼻翼修整情况相契合。
经实物鉴定、科技检测并与历史照片比对，专家一致认为，该佛首源自天龙山第8窟北壁佛龛内佛像，应为1924年前后被盗。第8窟为天龙山石窟唯一有明确开凿纪年（隋开皇四年，公元584年）且规模最大的石窟，该尊佛首肉髻低平，脸庞圆润，露出笑容，雕刻技术娴熟、表现手法细腻、时代特征鲜明，具备北朝晚期至隋初的显著特征，是研究天龙山石窟乃至我国古代石窟艺术的珍贵实物标本，具有重要的历史、艺术和科学价值，暂定为国家一级文物。
