ФСБ России обвинила Сутягина по пяти эпизодам преступной деятельности. В частности, ему вменили в вину пять встреч с представителями иностранных спецслужб, в ходе которых он передал сведения по пяти темам. Эти сведения касались информации о ракете класса "воздух-воздух" РВВ-АЕ, и самолета Миг-29 СМТ. Кроме того, по версии следствия, Сутягин передал сведения о вариантах состава стратегических ядерных сил на период до 2007 г., о ходе реализации Министерством обороны планов по созданию соединений постоянной готовности, а также о составе и современном состоянии отечественной системы предупреждения о ракетном нападении. Также Сутягина обвиняли в том, что, являясь преподавателем Обнинского учебного центра ВМФ России, он выведывал у кадровых военных, обучавшихся в центре, секретную информацию для дальнейшей передачи иностранным резидентам. Сутягин работал в Обнинском центре с 1994 г., причем на общественных началах, не получая вознаграждения за свой труд. Первоначально дело расследовало управление ФСБ по Калужской области.
27 декабря 2001 г. Калужский областной суд признал, что при назначении и производстве экспертиз степени секретности органом предварительного расследования были допущены нарушения уголовно-процессуального закона, что привело к ограничению гарантированных законом прав обвиняемого Сутягина, и направил дело на дополнительное расследование. Сутягина перевели в СИЗО "Лефортово" в Москву.
С 15 марта 2004 г. процесс по делу Игоря Сутягина проходил в Московском городском суде. 7 апреля Московский городской суд приговорил Игоря Сутягина к 15 годам лишения свободы с отбыванием срока наказания в колонии строгого режима. Его признали виновным в государственной измене в форме шпионажа в пользу США: сборе, хранении и передаче представителям американской военной разведки сведений, составляющих государственную тайну. Присяжные сочли, что Сутягин не заслуживает снисхождения, причем государственный обвинитель просил приговорить ученого к 17 годам лишения свободы. Срок наказания исчисляется с момента формального ареста (29 октября 1999 г.).
Между тем, сам Сутягин вины не признал. Он утверждал, что не имел доступа к государственной тайне и пользовался для подготовки аналитических материалов только открытыми источниками. У адвокатов Сутягина были неопровержимые доказательства, что вся содержавшаяся в бумагах Сутягина информация была взята из открытых источников и доступна всякому, кто хотел ее прочесть, а также, что у Сутягина никогда не было доступа к государственным секретам.
14 апреля 2004 г. защита Игоря Сутягина подала в Верховный суд жалобу с просьбой отменить обвинительный приговор Мосгорсуда, поскольку в ходе процесса "были допущены существенные нарушения уголовно-процессуального закона". В частности, была произведена необоснованная смена состава суда присяжных; в ходе процесса суд, по мнению защиты, рассматривал недопустимые доказательства. Кроме того, "перед присяжными судом были поставлены вопросы, выходившие за пределы предъявленного Сутягину обвинения: в частности, задавался вопрос, действовал ли он по поручению иностранной разведки, хотя ему это не инкриминировалось". Судья так сформулировала вопросы для присяжных, что подтолкнула их к даче "нужных" ответов. Например, она опустила слово "секретные", когда попросила ответить, передавал ли Сутягин материалы за вознаграждение.
23 апреля 2004 г. Общественный комитет защиты ученых обратился с открытым письмом в Парламентскую ассамблею Совета Европы. "Общественный комитет защиты ученых" был создан 2 октября 2002 г. группой ученых и представителей общественных организаций, причиной создания Комитета явилась озабоченность научной общественности и правозащитников судьбой талантливых ученых, бездоказательно обвиняемых ФСБ в тяжких преступлениях. В открытом письме, в частности, говорилось:
"Ловкой имитацией правосудия и справедливости оказывается даже суд присяжных, если речь идет о деле, инициированном ФСБ. Таким, по крайней мере, был суд над Игорем Сутягиным. В процессе не было даже намека на равенство сторон: удовлетворялись любые пожелания обвинения и игнорировались законные требования защиты. Голословные утверждения обвинения были признаны доказательствами. Единогласное голосование присяжных по вопросам, в которых был искажен даже смысл обвинения, вызывает обоснованное сомнение в их независимости. Даже теоретически группа их 12 человек не может единогласно проголосовать за сомнительные доказательства обвинения".
