Yksi kuolemanrangaistuksen vastustajien tärkeimmistä perusteluista on mahdollisuus, että syyttömiä henkilöitä saatetaan tuomita kuolemaan rikoksista, joita he eivät ole tehneet.

Vuodesta 1992 lähtien viisitoista kuolemaantuomittua vankia on vapautettu, kun vastikään löydetyt todisteet ovat vapauttaneet heidät syytteistä. Monien mielestä tämä on merkki siitä, että ajan mittaan yhä useammat kuolemaantuomitut vangit voidaan todistaa syyttömiksi. Nykyaikaiset edistysaskeleet DNA-tutkimuksissa ovat mahdollistaneet sen, että tutkijat ja lainvalvontaviranomaiset voivat monissa tapauksissa määrittää paremmin, kuka on vastuussa tietystä rikoksesta. KuolemanrangaistusVastustajat uskovat, ettei ketään ihmistä pitäisi tuomita kuolemaan, koska DNA:n tai muiden asianmukaisten todisteiden perusteella hänet voidaan ajan mittaan vapauttaa syyllisyydestä.

Useiden ihmisten uskotaan tulleen teloitetuiksi väärin perustein. Vuonna 1950 Timothy Evans -niminen mies teloitettiin tyttärensä murhasta. Kolme vuotta myöhemmin viranomaiset saivat selville, että toinen mies, joka vuokrasi huoneen Evansilta, oli sarjamurhaaja ja itse asiassa syyllinen. Tuhopolttajan vuonna 1991 sytyttämästä tulipalosta syytettiin Cameron Willinghamia. Kolme hänen tyttärestään menehtyi tulipalossa, jaWillingham sai kuolemanrangaistuksen. Willingham teloitettiin vuonna 2004, mutta sittemmin todisteet, joiden alun perin sanottiin todistavan hänen syyllisyytensä, ovat osoittautuneet epäselviksi. Vaikka hänen syyttömyyttään ei voida todistaa, jos häntä ei olisi teloitettu, tapaus olisi voitu ottaa uudelleen käsiteltäväksi ja hänet olisi voitu todeta syyttömäksi valituksen jälkeen.

Yksi tunnetuimmista tapauksista, joissa on kyse mahdollisesta väärästä teloituksesta, koskee Jesse Taferoa, miestä, jota syytettiin kahden poliisin murhasta. Tapaukseen osallistui kaksi rikoskumppania, Walter Rhodes ja Sonia Jacobs. Rhodes todisti kahta muuta vastaan vastineeksi kevyestä vankeusrangaistuksesta. Myöhemmin hän myönsi, että hän oli ainoa vastuullinen osapuoli surmatöissä, mutta vaikka uudenJacobsin tapauksen uudelleentarkastelu kesti kaksi vuotta, ja sen jälkeen hänet vapautettiin. Yleisesti uskotaan, että myös Tafero olisi vapautettu, jos hän olisi vielä elossa valitusta varten.