Tokom snimanja filma Brainstorm, deo ekipe rešio je da se malo opusti i provede vikend na jahti Sjaj u blizini ostrva Santa Katalina. Na brod su se ukrcali Natali, njen suprug Robert, glumac Kristofer Voken i kapetan plovila Denis Davern. Plovidba je, kao što je to običaj u visokom društvu, zapravo bila pokretna žurka sa izobiljem alkohola i drugih psihoaktivnih supstanci.
Otisnuli su se 28. novembra, a u osam izjutra narednog dana beživotno telo Natali Vud pronađeno je u vodi, oko kilometar i po od broda. U blizini je bio gumeni čamac Valijant, koji je pripadao jahti Sjaj. Natali je imala paničan strah od duboke vode i zauvek će ostati tajna zašto je napustila brod, kuda je krenula i zašto se utopila. Obdukcija je pokazala da je glumica na telu imala nekoliko modrica, kao i abraziju na levom obrazu, kakva obično nastaje posle šamara. Kasnije, u svojoj knjizi Parčići mog srca, Robert Vagner otkrio je da su se te večeri Natali i on zaista posvađali, ali ništa više od toga. Kad je otišao u kabinu da legne, ona nije bila tamo. Uz to, autopsijom je u njenoj krvi pronađeno 1,4 promila alkohola, kao i dve vrste lekova: jedni protiv morske bolesti, a drugi protiv bolova, poznati i po tome što pojačavaju dejstvo alkohola. Uzrok smrti bili su davljenje i hipotermija. Uprkos ponovnom otvaranju slučaja pre pet godina, kad je kapetan broda priznao da je lagao i da je svađa između Natali i Roberta bila takva da je zapravo on odgovoran za njenu smrt, ništa novo nije utvrđeno. Nije pomoglo ni otvaranje dodatnih deset strana obdukcijskog izveštaja u kom se navodi da su modrice po telu mogle nastati pre utapanja, ali to nije moguće sa sigurnošću tvrditi, posebno zbog toga što levotiroksin, koji je pronađen u krvi Vudove, može da izazove pojavu modrica.
Natali Vud sahranjena je u Memorijalnom parku u Vestvud Vilidžu u Los Anđelesu. Hiljade obožavalaca, predstavnika medija i filmske industrije tiskali su se da isprate legendarnu glumicu, ali zamoljeni su da ostanu izvan ograde groblja. Među onima koji su uputili poslednji pozdrav holivudskoj divi bili su Frenk Sinatra, Elizabet Tejlor, Fred Aster, Rok Hadson, Dejvid Niven, Gregori Pek, Džin Keli, Elija Kazan i Lorens Olivije. Upućeni tvrde da su se nad grobom dive, neznano iz čijih usta, začuli i stihovi iz njenog najvećeg filma:
Sada, kada ništa na svetu ne može vratiti dane prohujalog leta, naš sjaj u travi i bleštavost sveta, ne treba tugovati,
već tražiti snage u onom što je ostalo i s tim živeti.
