Thierry Le Luron est mort officiellement des suites d'un cancer des voies respiratoires ou des cordes vocales, plus précisément un cancer du tube digestif incluant l'estomac et les intestins. Il a été diagnostiqué avec ce cancer dès 1984 et a suivi plusieurs traitements, dont une chimiothérapie. Il est décédé le 13 novembre 1986 à l'âge de 34 ans dans une clinique à Boulogne- Billancourt. Cependant, la cause de sa mort reste sujette à controverse, avec des rumeurs persistantes selon lesquelles il aurait été atteint du sida, une maladie qu'il n'aurait jamais révélée publiquement. Sa sœur a évoqué cette possibilité dans un livre publié en 2013, suggérant que le sida pourrait avoir contribué à son état, notamment par le biais d'une maladie opportuniste liée au VIH. Son ami médecin Léon Schwartzenberg a également confirmé qu'il souffrait d'un cancer compliqué par une mycose buccale, sans confirmer le sida officiellement. La vérité exacte n'a donc jamais été totalement clarifiée publiquement, mais le diagnostic officiel reste le cancer.
