朱令同宿舍的同班同学孙维，被警方认定为是唯一能够合法取得铊盐并且跟朱令接近的人。经过详细调查，警方正式将其列为投毒的犯罪嫌疑人。1997年3月，朱令家人以出事班级即将全部毕业，人证即将难以获得为由，上书北京市公安局长。1997年4月2日，孙维作为朱令案件犯罪嫌疑人被北京市公安局14处带走，并在印有犯罪嫌疑人的纸上签字。在被连续侦讯审问8个小时后，孙维被家人接回家。此外，朱令家人还曾上书国家领导人要求加快办案，但上书时间没有说明。
1998年8月25日，公安机关宣布结案，并以“超过法定期限”为由解除孙维作为嫌疑犯所受到的强制措施。但匪夷所思的是，公安机关没有告知朱家此案已结，朱令父亲声称“之前得到的答复一直都是‘正在调查中'。”直至2008年申请信息公开时，才获悉已于1998年结办。
2008年5月12日，朱令父亲吴承之向北京市公安局提交了要求公开朱令急性铊中毒案侦破过程和结果的申请，并于当日被受理。十八天过后，市公安局以“法律、法规及相关规定不予公开的其他情形”为由发出“政府信息不予公开告知书”。
2013年4月，朱令同学王一风开腔，直指孙维有重大投毒嫌疑。孙维曾在2005年的天涯社区声明里指出，自己并非唯一能够接触到铊的学生，称帮老师做实验使用的铊溶液是别人已经配好放在桌上的。对此，王一风回忆称当年清华大学一共有七个人可以接触到“铊”，分别是两名教师（李隆弟和童爱军）、三名女研究生（87级女生陈某、88级女生赵某、89级女生朱某）和两名本科学生。其中一个为90级男生吴某，另一个就是孙维，“女研究生住在别的楼。只有孙维可以近距离接触朱令的日常用品。”
曾有传言称警方当年“从孙维床底的箱子里找到朱令的咖啡杯”，并且“有被彻底清洗过”，孙维当时辩称“朱令在住院怕杯子落尘”。对于该传闻，一位自称孙维室友名为“太阳正暖”（与孙维声明相隔4分钟）的ID在网上发帖称，孙维住在双层架子床的上铺，言下之意否决了“在床底下有孙维的箱子”之说法。此外，据派出所通报，朱令中毒住院后，所在宿舍曾因“盗窃”致现场被破坏，地板上散落着钱。一位老师事后告诉朱令父亲，其他同学都没丢东西，唯独缺少了朱令的洗漱用品，还有一个不锈钢杯子滚落在床铺下。
舆论汹涌之下，许多“小道消息”开始曝光。比如，网上就出现一份据称是黑客截取的当年孙维在天涯发布声明前给几位同学的“发帖指南”，其中讲述孙维如何指导同学如何从人品、社团状况、学校管理等方面，跟帖支持她的声明。公安部门保持着沉默，让这一轮民意聚焦，有些“未审先判”的意味。 朱令家人认为，协和医院误诊并耽误了治疗时间，才使得铊中毒给朱令带来了严重的后遗症。1996年12月，一家律师事务所的律师（截止至今，未见披露姓名以及所在所）提供法律援助，接受朱令家人的委托将协和医院起诉至东城区人民法院，“要求医院赔偿经济和精神损失近80万元”。1997年10月，北京市医疗事故鉴定中心作出协和医院不存在过失、不属于医疗事故的鉴定。1999年4月2日，一审协和医院胜诉。
1999年12月，免费代理此案的浩天律师事务所律师俞蓉向北京市第二中级人民法院提出重新进行鉴定的申请，法院委托北京市法庭科学技术鉴定研究所再次鉴定，该单位出具了鉴定意见：“（协和医院）该不作为的行为导致被鉴定人朱令病情被诊断的延误，因此，北京协和医院在本次医疗行为上存在一定的不当之处”。 2000年11月26日，北京市第二中级人民法院终审判决协和医院补偿朱令医疗等损失10万元。