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绿色颜料早期以绿铜矿为主，还少量使用到了石绿。我国史书中记载了两种含铜化合物：绿盐和铜绿，其化学成份是氯化铜（CuCl2·2H2O），绿盐又名盐绿，最早是西北新疆等地少数民族的地方特产。较早记载绿盐制备方法的是唐代医学家苏敬的《新修本草》。五代李珣的《海药本草》曰：“绿盐，出波斯国，生石上，舶上将来谓之石绿，装色久而不变。中国以铜、醋造者，不堪入药，色也不久”。由于古代文献中“绿盐”、“盐绿”常与矿物颜料相关，而且形状、颜色的描述都以扁青、空青为例，甚至干脆称为“石绿”，所以，古代“绿盐”、“盐绿”除了作为医药、炼丹药物等外，也作为彩绘绿色颜料应用。李最雄认为，这些绿色颜料中的绿铜矿，早期也是从阿富汗等国传入敦煌的，但到唐代时，绿铜矿可能在敦煌地区已有生产，但上述地区仍在继续传入。
棕色颜料在早期、中期和唐代全是二氧化铅。这表明在中国古代石窟的壁画和彩塑中，普遍使用了铅丹。铅丹容易变色，因此莫高窟各个时期的壁画及彩塑中的橘红色铅丹已经完全变成了棕黑色的二氧化铅。据李最雄介绍，目前研究人员还没有在莫高窟壁画和彩塑中发现真正的棕黑色颜料，而全是铅丹的变色产物和极少量的铁黑。白色颜料的种类很多，早期以高岭土为主，唐代以方解石为主，晚期以石膏为主。这些矿物到处都有生产，应该是就地取材制成的。
云母也是值得一提的。敦煌莫高窟中唐112窟，是个仅几平方米的方型小窟，著名的“反弹琵琶”壁画就绘于此窟南壁。这个窟不仅在绘画艺术上具有唐代敦煌壁画的一流水平，而且颜料的加工也达到绝妙的程度。这个洞窟所用的银白色颜料闪光发亮，经X射线衍射分析得知，这种银光闪烁的白色颜料是很纯的天然片状白云母粉，细碎的鳞片在画面上显色效果极佳。莫高窟晚唐12窟壁画中也有银白色云母颜料
，但杂质含量较高，粒子粗，显色效果差，此外，在其它一些洞窟中也有云母作白色颜料的。
在敦煌石窟壁画中变色是壁画保存中最大的问题。敦煌壁画所用到的众多颜料中的矿物质颜料中，像铅白、铅丹等颜料，不但变色，而且变得相当快。如果矿物质颜料和植物质颜料混合使用，调配出色彩来，其变色的速度比铅白变色的速度还要快。比如，天空本来是蓝色的，石青加白粉就变成了天空的青蓝。现在壁画中有的天空变为了棕色，就是加入了铅粉年久变色的结果。又如，像好多壁画中描绘人物肉体的灰色，原来便是肉红色的。画人体肉色非加入铅粉不可，所以变色的就多。又如，早期的壁画，工匠们为了能够鲜活地表现人物的立体感，采用层层晕染的方法勾勒。为表现人物鼻高及眼睛清澈，往往在这两处涂白，多是使用了白土、石炭等不变色的颜料，而其他部位使用的是易于变色的颜料，时间久了，脸部除鼻和双眼处皆变成了黑色，于是形成了现在所看到的特征鲜明的“小字脸”。所以，一般的讲，加入了铅粉的颜料以及不同质的颜料混合在一起，都是容易变色的。壁画中的黑色即是使用的墨，不会变色。至于有些黑色中隐隐泛绿，则是先涂黄色做衬底再涂黑色而产生的效果。
这些经历了千百年的壁画，至今仍然光彩鲜艳，金碧辉煌。各种颜料历经千百年自然演变的情况在画面上得到了真实的反映。它们的耐光、耐磨、耐久等性能在这座特殊的天然实验室中得到了经久的考验。历代应用的大量艳丽的颜料反映了我国古代对矿物、植物的综合运用，颜料化学及其冶炼技术的高度发展，对颜料的科学分析获得了颜料的化学、物理性能，了解了一些颜料褪色、变色、产生病害及胶质老化等问题，为预防颜料变色、保护文物提供了科学依据，对文物的研究和保护至关重要。同时，敦煌壁画中的颜料也为现代画作创作提供了宝贵的借鉴价值。
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