据敦煌研究院保护研究所专家的调查分析，敦煌壁画所用颜料中，红色有:土红、朱砂、铅丹、密陀僧;绿色有:氯铜矿、石绿;白色主要为:滑石、硬石膏、石膏、白垩、高岭石和云母。现在我们看到的黑色，大部分可能是含铅的颜料变色的结果，当然，古代壁画中也同样应用黑色颜料，所以，现存的壁画颜色存在较复杂的情况，这些都有待于进一步研究。由于部分颜料中包含了容易变色的成分，在日晒及一定湿度变化的条件下， 就产生了变色，其中如某些红色和白色颜料，经过千百年的时间，现在已变成黑色。
敦煌壁画大部分都有一千年以上的历史，-般来说，时代越早，变色的情况越重。从用色的情况看，凡是用色较丰富，层次较多的壁画，变色就比较严重。北朝时期的壁画多采用西域式晕染法，,用色厚重，因此变色较严重。南代观画有两种风格，种境用色重的，变色也较严重:种是用色淡的，相对来说，变色就少。另外，用色较单纯，混合色用得成者为了突出线描造型，而用色较淡的壁画，变色酒相对较少，从而保存了相当部分未变色的壁画。山代壁画也有不少是变色很厉害的，但由于唐代保在洞窟较多，可以找到一些变色轻， 或者变色不明能的洞意，对比研究，就可大致了解当时壁画的原貌敦煌石窟有不少是前代营建之后，后代又进行了重修、重绘的。重修时，往往在原壁上再敷泥进行重绘。这样的壁画称为“重层壁画”。有的洞窟重以达三层，也就是说，有三个时代的壁画存在。而后代重修的表层壁画一定程度 上保护了底层壁面，使之变色速度减慢。因此，当表层的壁画脱落之后，露出的底层壁画往往还保持着较新的状态。最典型的是初唐贞观十六年(648 年)营建的莫高窟第220窟，此窟于宋代重修，重绘壁画覆盖了全窟。但在上个世纪四十年代，表层壁画被剥开，露出了底层的初唐壁画，使我们得见初唐绘画的真实面貌。第263窟原建于北魏，也是在宋代重修。在上个世纪初，部分表层壁画被剥开，露出了北魏壁画的原貌。由于表层壁画的覆盖，使早期壁画受到一定的保护， 变色氧化的程度较轻，因此，这些底层的壁画就成了我们今天认识初期壁画的标本。