Uno degli argomenti principali di chi si oppone alla pena di morte è la possibilità che individui innocenti vengano messi a morte per crimini che non hanno commesso.

Dal 1992, quindici prigionieri del braccio della morte sono stati liberati quando nuove prove scoperte li hanno scagionati. Per molti, questo indica la possibilità che un numero maggiore di detenuti del braccio della morte possa essere dimostrato innocente nel corso del tempo. I moderni progressi negli studi sul DNA hanno permesso agli scienziati e alle forze dell'ordine di determinare meglio il responsabile di un particolare crimine in molti casi. La pena capitaleGli oppositori ritengono che nessuna persona debba essere messa a morte perché, col tempo, il DNA o altre prove pertinenti potrebbero assolverla dalla colpa.

Si ritiene che diverse persone siano state giustiziate ingiustamente. Nel 1950, un uomo di nome Timothy Evans fu giustiziato per aver ucciso sua figlia. Tre anni dopo, le autorità scoprirono che un altro uomo, che aveva affittato una stanza da Evans, era un serial killer ed era il vero responsabile. Nel 1991, un incendio appiccato da un piromane fu incolpato di Cameron Willingham. Tre delle sue figlie perirono nell'incendio eWillingham ha ricevuto la pena di morte. Willingham è stato giustiziato nel 2004, ma da allora le prove che originariamente si pensava provassero la sua colpevolezza si sono rivelate inconcludenti. Anche se la sua innocenza non può essere provata, se non fosse stato messo a morte, il caso avrebbe potuto essere riaperto e lui sarebbe stato dichiarato non colpevole dopo un appello.

Uno dei casi più noti di possibile esecuzione illegittima riguarda Jesse Tafero, un uomo accusato di aver ucciso due agenti di polizia. Nell'incidente erano coinvolti due complici, Walter Rhodes e Sonia Jacobs. Rhodes ha testimoniato contro gli altri due in cambio di una pena detentiva lieve. In seguito ha ammesso di essere l'unico responsabile degli omicidi, ma anche con la nuovaCi sono voluti due anni per la revisione del caso di Jacobs, che è stata poi liberata. È opinione diffusa che anche Tafero sarebbe stato liberato se fosse stato ancora in vita per un appello.