Электромагнитные колебания, излучаемые или отражаемые окружающими нас предметами и воспринимаемые нами как световые, характеризуются различной частотой и поэтому имеют различную длину волн. Ощущение красного цвета возникает при воздействии на наш глаз волн длиной от 780 до 610 миллимикронов; оранжевый цвет доставляется волнами длиной от 610 до 590 миллимикронов; жёлтый — от 590 до 560, зелёный — от 560 до 490, голубой — от 490 до 470, синий — от 470 до 450 и фиолетовый — от 450 до 380 миллимикронов.
За этими пределами мы перестаём ощущать какой бы то ни было цвет. Выше фиолетового цвета лежат волны примерно в 350—325 миллимикронов, называемые ультрафиолетовыми лучами, которых мы не ощущаем своим глазом. Ниже красного цвета расположены инфракрасные лучи с длиной волны более 780 миллимикронов, которые также зрительно нами не ощущаются.
Световые волны всё время излучаются или отражаются внешними предметами, находящимися вокруг нас. Когда эти волны достигают какого-нибудь другого предмета, то поверхность этого предмета либо поглощает, либо отражает их от себя. Солнечный свет одновременно содержит в себе все видимые нами хроматические цвета и представляется нам поэтому белым цветом. Но когда этот солнечный свет падает на поверхность какого-нибудь тела, эта поверхность в соответствии со своей физической природой поглощает все лучи, содержащиеся в солнечном свете, за исключением волн какого-нибудь цвета, которые и отражаются от этой поверхности; ощущая эти отражённые лучи, мы и видим данный предмет окрашенным в определённый цвет. Например, лучи белого солнечного цвета, падающие на поверхность красной майки, отражаются только в волнах красного цвета, все же остальные волны поглощаются поверхностью майки.
Цветовой тон является тем основным качеством, благодаря которому один хроматический цвет отличается от другого, например красный от зелёного, оранжевый от синего и т. д. Цветовой тон определяется количеством или частотой колебания световых волн, что неразрывно связано с различной их длиной.
Насыщенность цвета проявляется в том, что можно иметь два цвета одинакового цветового тона (и тот и другой будет, например, одинаково красным цветом), но один из них будет более, а другой менее насыщенным. Насыщенность цвета определяется относительным количеством лучей основного цвета в смеси с белым.
Когда мы ощущаем один синий цвет более насыщенным, чем другой синий цвет, это значит, что предмет, окрашенный в первый цвет, отбрасывает большее количество лучей данной частоты, чем другой, менее насыщенный ими. И тот и другой синий предмет отбрасывает лучи одинакового качества с длиной волны в 430 миллимикронов, но от одного исходит большее количество синих лучей и меньшее белых, а у другого в большем количестве присоединены к синему цвету белые лучи.
Светлота же цвета заключается в том, что одни цвета ощущаются нами как очень светлые, другие — как менее светлые, третьи — как тёмные. Самым светлым цветом будет белый цвет, наименее светлым — чёрный. Наименьшей степенью светлоты отличается цвет чёрного бархата, в котором мы не можем найти никаких оттенков. Светлота объясняется количеством излучаемого или отражаемого света. Одна поверхность может отразить большее количество лучей света, другая — меньшее. Например, потолок в комнате более белый, чем стены. Это значит, что он отражает большее количество света, чем стены, которые отражают меньшее количество света, поглощая его в большей степени. Чёрная поверхность отражает падающие на неё лучи в очень небольшом количестве.
Чёрный бархат, как указано выше, целиком поглощает все лучи света, которые на него падают. Наоборот, полированная чёрная поверхность при известных условиях отражает известное количество лучей так, что мы видим на этой чёрной поверхности светлые блики. Если мы имеем два оттенка красного цвета, отличающихся друг от друга по светлоте, то это значит, что один оттенок красного цвета отражает большее количество световых волн, чем другой, и поэтому кажется более светлым.
Таким образом, все основные свойства зрительных ощущений цвета связаны с физической природой тех предметов, которые на нас действуют. Исследование закономерностей цветоощущения привело к построению так называемой трехкомпонентной теории цветового зрения. Человек может с помощью зрительного анализатора различать до 180 цветных тонов и более 10 000 оттенков между ними.
Трудно предположить, что в глазу имеется такое же количество специальных нервных приборов. Ещё в 1757 г. М. В. Ломоносов высказал мысль о том, что всё многообразие световых ощущений может быть легко объяснено, если мы допустим существование в сетчатке глаза всего лишь трёх цветоощущающих элементов, каждый из которых обладает чувствительностью к раздражениям, вызываемым определёнными волнами света. Один из этих элементов ощущает преимущественно лучи красного цвета, другой — зелёного и третий — фиолетового.