L’imprimerie lui permet de diffuser ses prises de position violentes contre le dogme de la Trinité qu’il dit n’être pas fondé sur la Bible (De Trinitatid erroribus, publié en 1531).

Pour Servet, Dieu est unique, Jésus et le Saint esprit sont des manifestations de l’action divine, mais non Dieu lui-même. Ces écrits sont jugés blasphématoires et le font taxer d’hérétique. Il condamne également le baptême des enfants. Installé comme médecin dans le Dauphiné, près de Vienne, il se lance dans une controverse épistolaire, volontiers agressive, avec Calvin. En 1553, l’Inquisition condamne Servet au bûcher, mais par contumace car Servet s’est réfugié à Genève.

A cette date, l’influence de Calvin à Genève est essentiellement d’ordre spirituel, en butte au parti des libertins qui a pris le pouvoir politique au conseil des Deux cents qui gouverne la ville, et qui se débarrasserait volontiers de la rigueur de Calvin. Conscient de cette situation, Servet, traitant Calvin d’« ignare » et d’« âne » se rend le 13 août 1553 au temple où Calvin célèbre le culte. Provocation ? Servet est arrêté et, dans sa prison, prépare son procès qui se déroule devant le Petit Conseil, seul capable d’émettre les sentences criminelles. Calvin est consulté en tant que théologien et met en évidence le caractère hérétique des propos de Servet. L’avis des villes protestantes de la Confédération va dans le sens de Calvin, mais ne prend pas position sur la peine à appliquer. Lâché par les libertins qui ne veulent pas encourir l’accusation d’hérésie, Servet est condamné par le Grand Conseil à mourir sur le bûcher le 27 octobre 1553.

La polémique mettant en cause l’intolérance de Calvin s’installe rapidement. À Castellion, ami de Calvin pour qui « tuer un homme n’est pas tuer une doctrine, c’est tuer un homme », Théodore de Bèze répond « le magistrat a l’autorité et le devoir de punir l’hérétique ».

Au XXe siècle, un monument en son honneur est érigé sur l’emplacement de son bûcher, à Genève.