"Panelen är övertygad om Syrien är ansvarigt för användandet av sarin mot Khan Sheikhun den 4 april 2017", skriver Organisationen för förbud mot kemiska vapen (OPCW) och FN-utredare i rapporten.
Människor i staden föll till marken och vred sig i kramper vid attacken i april i år. Fruktansvärda bilder av döda och döende människor, bland annat små barn, spreds efteråt och fick omvärlden att reagera starkt. 87 människor miste livet och hundratals skadades.
I september fastog en annan FN-utredning att den syriska regimen var ansvarig. Att det var nervgiftet sarin som användes har OPCW konstaterat tidigare. Det syriska styret har beskyllt rebellerna för att ha orsakat dödsfallen.
"Är över"
Den nya rapporten ökar pressen på den syriske presidenten, och USA:s utrikesminister Rex Tillerson skärper tonen.
- Vi tror inte att det finns en framtid för al-Assads regim, för al-Assads familj. Familjen al-Assads tid vid makten är över, och den enda frågan som kvarstår är hur det ska gå till, säger han.
Den förra regeringen i USA sade ofta att al-Assads dagar vid makten var räknade, men president Barack Obama valde ändå bort att gå hårt fram mot regimen efter kemvapenattacker. Den nuvarande presidenten Donald Trump beordrade en robotattack mot en syrisk flygbas, men USA har mest fokuserat på att bekämpa terrorrörelsen IS i östra Syrien.
Nya fredssamtal
Ryssland, allierad med Syrien, håller sig kallsinnigt.
- Jag tycker inte vi ska förutspå framtiden för någon, säger landets FN-ambassadör Vasilij Nebenzija.
Rysk och iransk militär står på den syriska regimens sida i det blodiga och långvariga kriget. President al-Assad säger att han inte kommer att ge upp mot rebellerna, som han kallar terrorister. Samtidigt håller många al-Assads styrkor ansvariga för huvuddelen av de 330000 människor som dödats. Förutom användningen av kemiska vapen har regimen också anklagats för att använda tortyr i stor skala.
FN:s Syriensändebud Staffan de Mistura planerar att sammankalla parterna för en åttonde runda av fredssamtal senare i höst.
Fakta: Saringas
Sarin är en lättflyktig nervgas med den kemiska beteckningen isopropylmetylfluorofosfonat. Gasen utvecklades av Tyskland under andra världskriget men togs då aldrig i bruk.
Namnet sarin kommer av upptäckarna Schrader, Ambros, Rüdiger och van der Linde.
Gasen är extremt giftig. Den drabbar nervsystemet genom att överstimulera muskler och vitala organ. Följden blir kramper, andnöd och kvävning. En enda droppe sarin kan döda en människa om inte motmedel snabbt sätts in.