3月31日下午，林森浩和同住20号宿舍楼的盛磊约好在中山医院食堂吃饭。盛磊在证言中说，吃完饭，林森浩说要去取东西，两人约在超声科附近的过道碰头，林森浩拎了个黄色医疗用废弃袋。根据复旦大学提供的监控录像，下午5点41分，盛磊和林森浩从枫林校区东苑走到西苑，并在5点47分到达20号宿舍楼，各自进了房间。10分钟后，林森浩拿着黄色袋子走出宿舍大门，来到对面的第二教学楼，把东西丢在电话亭旁边的垃圾桶，在5点29分回到宿舍楼内。
在宿舍楼里的10分钟内，林森浩完成了N-二甲基亚硝胺的投放。在法庭上，林森浩说，宿舍里的饮水机当时只剩高度两三厘米的水。他想先把水桶拎起来，感觉不方便，便用左手把水桶推到一边，然后用右手把瓶装的原液顺着水桶和饮水机间的水槽倒下去，又把一支注射器内的原液也挤了进去。有几滴原液溅在水槽外，黄色的液体十分显眼，他便拎起一瓶矿泉水，把残存在外面的原液冲到水槽内。随后，他把垃圾分头丢弃。
当晚，他就上网搜索了“二甲基亚硝胺”的相关信息。“黄色液体气味很重，黄洋也许会发现。”在法庭上林森浩说，但他随后又想“随它去吧”。
黄洋当晚9点40分回到宿舍。第二天就是4月1日，黄洋8点多起床，习惯性地接了一杯水喝。林森浩在法庭上称，自己躺在床上，听到黄洋喝完一口后，像被呛到似的吐了出来，然后就是一阵干呕。林森浩躺在床上装睡，不敢动。恰好有同学打电话来，林森浩趁接电话的机会离开宿舍，等他回来，黄洋已经收拾书本去自习了，到中午因身体不适进了医院。
投毒只是愚人节玩笑？
黄洋中毒事件，在社会上引发了种种猜测，一时导致“人人都是福尔摩斯”。各方人士推测出来的作案动机有“情杀说”、“竞争说”等等。上海警方在首次披露案情时称，经警方初步查明，林森浩因生活琐事与黄洋关系不和，心存不满。
但在法庭上，林森浩否认了“生活琐事导致不和的说法”。他说，自己和黄洋并没有直接的矛盾和冲突。而作案动机“是个巧合”。他说，3月30日晚上，一帮同学在聚会，黄洋说起愚人节要到了，他要整人，边说边拍着同学付令元的肩膀。林森浩想，那就我先来整整你吧。
林森浩想到了自己熟悉的N-二甲基亚硝胺。证据材料显示，2011年，林森浩参与了博士生吕巍巍的实验。吕巍巍为了制造一批肝纤维化的大鼠用于超声检测实验，从天津一家化学试剂厂邮购了N-二甲基亚硝胺原液。实验中，他们和其他研究生给大鼠以每千克体重50毫克原液的比例进行注射。初次尝试，因为稀释比例掌握不好，导致一只大鼠死亡。随后的实验中，70只大鼠，有10只因为肝衰竭死亡。
林森浩根据相关实验，撰写了多篇学术论文。他在3月18日定稿的毕业论文，也与这一系列实验内容相关。
林森浩在法庭上称，实验剩下的N-二甲基亚硝胺还留在中山大学11号楼影像医学院204室，但自己没有钥匙。3月31日，他找到博士生吕鹏，借口自己到204室查看东西，让吕鹏带着自己到204室，发现实验留下的原液，还在屋里左手边的柜子中。其中有一个原液瓶，旁边还有一支注射器，里面存留着实验剩下的原液。据公安机关调查，原液瓶是100ml的容量，其中原液存有50ml。该结果由林森浩签字确认。
因为吕鹏在，林森浩没有马上下手取原液。过了一会儿，吕鹏到核磁共振检查室工作，林森浩又借口要去取东西，拿了个黄色的医疗用废弃袋，找吕鹏要了钥匙，自己去204室取了装有原液的瓶子，并带到自己实习的中山医院超声科，放在角落里。
林森浩在法庭上称，曾想过投放原液的地点，考虑到黄洋的水杯是白色的，黄色的原液投放太明显，最终选择了向饮水机下手。