Физической основой, определяющей цвет предмета, служит способность поверхности определенным образом сортировать падающие на нее лучи света, то есть в определенном соотношении поглощать, пропускать и отражать их. Поскольку почти все поверхности поглощают падающий на них свет избирательно, то при отражении происходит изменение в его составе, которое и определяет цвет предмета. Однако степень изменения падающего света, а также и то, какой цвет при этом ощущает наблюдатель, зависят не только от избирательного поглощения и отражения света, но и от многих других стимулов, что делает практически невозможным восприятие цвета предмета в его «чистом виде».
Способность тем или иным образом «обрабатывать» падающий на них цвет присуща не всем предметам в одинаковой степени. Прежде всего, неодинаково встречают лучи света прозрачные и непрозрачные тела.
Цвет непрозрачного тела определяется главным образом лучами, отраженными изнутри. Представим себе, что тело состоит из нескольких слоев. Часть светлого потока отразится уже с поверхности — если падающий цвет будет белым, то отразится белый; проходя далее вглубь тела, обладающего избирательным поглощением, какая-то часть светового потока, допустим, его красные лучи — поглощается; остальная часть отражается и выходит наружу интенсивно окрашенной. При этом, чем глубже в толщу тела будут проникать лучи какой-то определенной длины волны и поглощаться, тем более интенсивным в силу многократного «отсеивания» будет отражаться цвет с поверхности. Таким образом, синее тело — это такое тело, которое отражает преимущественно сине-зеленые лучи, а красные, оранжевые и желтые полностью или почти полностью поглощает.
Этим же объясняется и насыщенность цвета в глубине складок материи, на что обратил внимание еще Леонардо да Винчи. Если материя красная, то свет, отраженный стороной складки, обращенной к источнику освещения, будет беловато-красным; вторично отраженный свет противоположной стороны — более красным; отраженный в третий раз от той же материи будет еще более красным. Это значит, что каждое тело наиболее полно выявляет свой цвет в том случае, когда оно освещается светом того же цвета. Так же и желтая поверхность, освещенная электрическим светом, будет выигрывать в насыщенности.
Окраску прозрачного тела определяют в основном те световые волны, которые им пропускаются. Здесь падающий на прозрачную пластину белый свет распадается на три части: одна из них отражается, а остальные проникают внутрь, и из этой части какая-то доля проходит насквозь, другая — поглощается; при этом отраженный с поверхности свет независимо от окраски поверхности будет всегда белым. Чем толще слой прозрачного вещества, тем заметнее разница между поглощаемыми и проходящими через него лучами волн различной длины и тем более окрашенным будет прозрачное тело. Этим и объясняется, что тонкий слой лессировочной краски на белом грунте, например, будет менее насыщенным, чем более толстый слой то же краски.
Тела делятся также на светящиеся и несветящиеся. Первые обладают своим собственным, постоянным цветом, вторые же получают цвет за счет волнового состава отражаемого ими светового потока. Но так как падающий на предметы свет постоянно изменяется, то изменяется и волновой состав отражаемого цвета, а следовательно, и цвет предмета.
Многие из объектов изображения получают свой цвет за счет рассеивания солнечного света: это цвет неба, воды, тумана. Синева неба объясняется тем, что мельчайшие частицы воздуха рассеивают коротковолновый (красный) свет и пропускают длинноволновый (синий); белесость тумана есть следствие того, что частицы влаги также рассеивают свет, но неизбирательно. Любая так называемая мутная среда состоит из рассеянных в воздухе или в жидкости мельчайших частиц; проходящий через эту среду солнечный свет рассеивается в большей или меньшей степени избирательно или неизбирательно, в зависимости от величины этих частиц.
Когда частицы достаточно малы, то они рассеивают свет избирательно, а именно: коротковолновый свет больше, чем длинноволновый. Если же частицы достаточно крупны, разница в рассеивании коротковолновых и длинноволновых лучей будет менее заметной и свет, проходящий через среду, будет казаться менее окрашенным. При определенной величине частиц различия не будет совсем и цвет будет белым. Кроме того, цвет среды будет зависеть и от освещения ее различными источниками.
Цвет неба также изменяется в зависимости от количества пыли, содержащейся в воздухе. Каждый замечал, что после ливня, когда воздух чист и прозрачен, небо бывает наиболее насыщенным по цвету. Наиболее насыщенным цвет неба бывает также при восходе и заходе солнца.