La lumière visible n'occupe qu'une plage très étroite du spectre électromagnétique (voir figure ci-dessous). L'œil humain n'est en effet sensible qu'aux rayonnements dont la longueur d'onde est comprise entre 0,38 et 0,7μm et présente un maximum de sensibilité autour de 0,55 μm, ce qui correspond à une couleur verte - jaune.

Le spectre électromagnétique qui classe les rayonnements en fonction de leur longueur d'onde.

Les longueurs d'onde du visible n'occupent qu'une partie infime du spectre, comprise entre 400 et 700 nm.

Bien que le spectre visible soit continu et qu'il n'y ait pas de séparation nette entre les couleurs, on admet généralement que chaque couleur correspond à une radiation électromagnétique de fréquence et de longueur d'onde particulières.

Longueurs d'onde et fréquences des couleurs du spectre visible.

La combinaison de toutes les couleurs spectrales produit la lumière blanche, comme celle provenant du soleil ou de la plupart des sources de lumière artificielle. Il arrive parfois que l'on puisse observer les lumières colorées individualisées sous certaines circonstances. Cela se produit naturellement lorsque les gouttelettes de pluie décomposent la lumière en sept couleurs de l'arc en ciel, ou lorsque la lumière blanche est réfractée à travers un prisme.

C'est Newton qui, à la fin du 17ème siècle est le premier à expliquer le phénomène de décomposition de la lumière blanche en ses différentes composantes colorées. En plaçant un prisme devant un mince filet de lumière solaire, il observe que la lumière est réfractée en sept couleurs spectrales qui vont du violet au rouge en passant par l'indigo, le bleu, le vert, le jaune et l'orange. En faisant passer les rayons diffractés à travers un second prisme, il constate que ceux-ci peuvent recomposer la lumière solaire et en conclut que les couleurs ne sont pas une modification de la lumière blanche, mais bien ses éléments constitutifs.
Il a ensuite l’idée géniale de placer les couleurs sur un cercle et démontre que leur répartition place les couleurs complémentaires en opposition (voir figure). Le cercle de chromaticité de Newton qui classe les couleurs en fonction de la teinte bouscule les théories de l’époque qui avançaient que toute couleur résultait d’un mélange du blanc et du noir.

Décomposition de la lumière blanche par un prisme et cercle de chromaticité de Newton.

Avant lui en effet, la conception des couleurs reposait essentiellement sur la notion de clarté. Les couleurs étaient classées selon leur variation de luminosité, par similitude avec la clarté de la journée. Le blanc - qui représentait la lumière du jour - et le noir - qui représentait l'obscurité de la nuit - étaient alors considérées comme des couleurs primaires et toutes les autres couleurs étaient le résultat d'un mélange précis de ces deux couleurs.

Variations des couleurs du paysage avec la luminosité du jour.

Plus d'un siècle après les découvertes de Newton, Thomas Young qui travaille sur la vision humaine, fait l'hypothèse que l'œil possède trois capteurs sensoriels qui permettent de reconstituer l'ensemble des couleurs. Il démontre alors qu'il n'est pas nécessaire d'utiliser toutes les couleurs spectrales pour reconstituer la lumière blanche, mais que trois seulement suffisent : le rouge, le vert et le bleu, et qu'à partir de ces trois couleurs primaires, il est effectivement possible de reconstituer toutes les autres couleurs. C'est le principe de la  synthèse additive des couleurs .