Young sah die Notwendigkeit, die Vielzahl der Farben durch eine geringe Anzahl an Nerven-Mechanismen zu erklären. Fraunhofer (1815) beschrieb mehr als 500 Spektrallinien, deren Brechung sich genau bestimmen läßt. Die daraus resultierende Frage nach der Anzahl der Farben läßt sich auf verschiedene Weise stellen:
Young und Helmholtz postulieren drei primäre Farbmechanismen; Goethes Theorie der zwei Elementarfarben gelb und blau ist ein Vorläufer der Vier-Farb-Theorien, die insbesondere von Hering vertreten werden, der davon ausgeht, daß die Anzahl der physiologischen Mechanismen gleich der Zahl der phänomenologisch primitiven Farben sein muß. Ladd-Franklin (1893) postulierte vier Arten retinaler Moleküle, die in zwei Zuständen vorliegen können, um die Grundfarben erklären zu können.
Die Farbunterscheidbarkeit wurde erst später untersucht: Mandelstamm (1867) bestimmte als erster Unterschiedsschwellen für Farben, die von Dobrowolsky weiter bestätigt wurden. Die heutigen Standards basieren auf Jones (1917). Diese Forscher fanden alle eine Abhängigkeit der Unterscheidbarkeit von spektralen Farben von deren Wellenlänge. Die Anzahl unterscheidbarer Spektralfarben liegt - je nach Autor bzw. Methode - zwischen 128 und 235.
Es stellte sich die Frage, ob man diejenigen Farben, die zwischen ``reinen'' Farben liegen, auch wiederum als reine Farben bezeichnen soll. Külpe, Titchener und Ebbinghaus vertreten den Standpunkt, daß die zwischen den vier Hauptfarben liegenden Farben ebenfalls als elementar zu betrachten seien; Ladd-Franklin und Brentano betrachten dagegen dazwischen liegende Farben als komplex. Heute führt man diese Kontroverse darauf zurück, daß keine genauen Kriterien für eine ``reine'' Farbe formuliert wurden. Ähnliche Meinungsverschiedenheiten ergaben sich daraus, daß nicht zwischen additiver und subtraktiver Farbmischung unterschieden wurde (ist grün eine Mischung von gelb und blau??).
Das Bezold-Brücke-Phänomen (siehe Purdy, 1929) zeigt, daß die Wellenlänge eines monochromatischen Reizes nicht alleine die wahrgenommene Farbe bestimmt: Bei geringerer Beleuchtung verändert sich ein konstanter Spektralreiz von gelb oder blau nach rot oder grün. Da bei den meisten Versuchen, die Wellenlängen von Grundfarben zu bestimmen, deren Intensität nicht kontrolliert wurde, gelangte man daher zu unterschiedlichen Ergebnissen.
Newton identifizierte ``Weissheit'' mit Helligkeit; er stellte fest, daß grauer Puder im Sonnenlicht heller erscheint als weißes Papier im Schatten. Er folgerte, daß die Lage auf der Schwarz-Grau-Weiß-Skala von der Intensität der Beleuchtung abhängt. Helmholtz (1860) untersucht die Helligkeit getrennt von den Farbwahrnehmungen; er betrachtet auch Schwarz als eine Empfindung (und nicht als die Abwesenheit einer Empfindung).
Es stellt sich die Frage, ob die Intensität eine eigenständige und unabhängige Empfindung darstellt. Hering leugnete die Existenz der Intensitätsempfindung und G.E. Müller (1897) ging zwar von der Existenz von Intensitätsempfindungen aus, die aber nicht erkannt werden, weil sie immer konstant sind: Im Sinne von Herings Theorie sind Schwarz und Weiß aufgrund antagonistischer retinaler Prozesse gegeben; hinzu kommt ein konstantes Grau, das im Gehirn erzeugt wird.
Titchener (1910) glaubt dagegen, daß die Intensität der Empfindung und die Qualität eines Grautones gemeinsam von Schwarz nach Weiß variieren. Nach Stumpf (1917) nimmt die Intensität mit der Erregung des dunkeladaptierten Auges zu, den Nullpunkt bildet also das Grau bei Dunkeladaptation. Titchener (1923) glaubt, daß das konstante Grau von Müller das Minimum des visuellen Systems darstellt und daß alle Veränderungen von diesem Minimum weg als Intensitätssteigerungen wahrgenommen werden (auch diejenigen in Richtung einer bestimmten Farbe). So läßt sich ein Farbkörper (Pyramide) konstruieren. Die meisten Psychologen betrachten Intensität einfach als ein Korrelat des Ausmaßes an Erregung (cf. Müller).
Von Katz (1911) stammt die Unterscheidung zwischen Oberflächenfarben und Durchsichtfarben; außerdem stellt er die höhere Farbkonstanz bei Objekten fest. Außerdem ist sich der Beobachter möglicherweise der Farbe der Beleuchtung bewußt. Bei Anwendung eines Reduktions-Schirmes (Betrachtung eines Objektes durch ein kleines Loch) verschwindet der Objektcharakter und damit auch die Farbkonstanz. Die Dualität zwischen Qualität und Intensität liegt damit nicht auf der sensorischen Ebene, sondern auf der Wahrnehmungsebene.
Während sich die Phänomenologen stritten, ob visuelle Wahrnehmungen eine Intensität besitzen, wurde diese von Psychophysikern gemessen und es wurde überprüft, ob das Webersche Gesetz auf die entsprechenden Daten anwendbar ist. Dies scheint auch der Fall zu sein, da die Unterschiedsschwelle mit zunehmender Intensität zunimmt. Bereits vor der Formulierung des Weberschen Gesetzes führte Bouguer (1760) das Schattenexperiment durch: Zwei Kerzen projizieren den Schatten eines Stabes auf einen weißen Schirm. Dann wird eine der beiden Kerzen so weit entfernt, bis der von ihr projizierte Schatten vor dem von beiden Kerzen beleuchteten Hintergrund gerade noch wahrnehmbar ist. Der Beleuchtungsunterschied zwischen dem Schatten und dem beleuchteten Umfeld entspricht genau der durch die entferntere Kerze hinzugefügten Beleuchtung. Ebenmerkliche Unterschiede lassen sich somit leicht als Verhältnis der beiden Beleuchtungen ausdrücken. Nach Bouguer ist dieses Verhältnis annähernd konstant für verschiedene Paare von Entfernungen der beiden Kerzen (und zwar etwa 1/64). Fechner wiederholte dieses Experiment und kam zu einem niedrigeren Wert von 1/100.
Fechner beschreibt auch das Wolkenexperiment: Man sucht eine Wolke, die sich gerade ebenmerklich von ihrem Hintergrund unterscheidet. Betrachtet man diese nun durch verschiedene Graufilter, erkennt man jeweils wieder einen ebenmerklichen Unterschied.
Eine weitere Möglichkeit zur Untersuchung des Weberschen Gesetzes stellen die Masson-Disks dar: Ein kleiner Sektor einer rotierenden Scheibe wird schwarz gefärbt, der Rest bleibt weiß. Das Verhältnis des Winkels des Sektors zum gesamten Winkel von 360 
gibt dann den ebenmerklichen Unterschied an. Bei Gültigkeits des Weberschen Gesetzes sollte der ebenmerkliche Unterschied nicht von der Umgebungsbeleuchtung abhängen. Helmholtz verwendet für einen ähnlichen Versuch eine Scheibe, auf die eine unterbrochene Linie eingezeichnet ist. Je näher man sich dem Zentrum des Kreises annähert, desto größer ist der Winkel der Linie. Unter geeigneten Bedingungen ist der äußere Ring dann gerade nicht mehr sichtbar, während der innere Ring gerade noch sichtbar ist. Es ergab sich empirisch ein gewisser Einfluß der Umgebungsbeleuchtung, so daß in diesem Fall das Webersche Gesetz nicht gelten kann. Aubert (1865) konnte diesen Befund bestätigen. König und Brodhun (1888) fanden für sehr geringe Beleuchtungsintensitäten hohe Unterschiedsschwellen 
, die dann deutlich abnehmen und für mittlere bis hohe Intensitäten nur leicht wieder ansteigen. Allenfalls für mittlere Intensitäten gilt daher das Webersche Gesetz.
Folgende Methoden der Farbmischung werden für entsprechende Experimente eingesetzt:
Helmholtz und Maxwell machten die Gesetze der Farbmischung zur Grundlage ihrer Farbtheorien. Newton formulierte das Grundprinzip der Farbmischung, nämlich daß es zu jeder Farbe eine Komplementärfarbe gibt, so daß deren Mischung Weiß bzw. Grau ergibt (er merkt allerdings an, daß ihm dies praktisch nie ganz gelingt; möglicherweise bräuchte er mehr als zwei Farben für die Mischung). Als Schema zur Bestimmung von Farbmischungen entwickelte Newton den Farbkreis (color circle), auf dem die sieben Grundfarben so angeordnet sind, daß ihre Abstände proportional zu den musikalischen Intervallen innerhalb einer Oktave sind. Werden zwei Farben gemischt, dann muß am jeweiligen Farbort im Farbkreis ein Kreis eingezeichnet werden, dessen Radius proportional zur Intensität der entsprechenden Farbe ist. Das Zentrum des Schwerpunkts der beiden Kreise repräsentiert dann den Farbort der Mischung.
Auf der Grundlage der Newtonschen Farbtheorie versuchte Helmholtz (1852), die Gesetze der Farbmischung präziser zu formulieren. Durch ein Teleskop konnten zwei vollständige Spektren betrachtet werden, die aufeinander senkrecht stehen. Auf diese Weise ist es möglich, jede beliebige Mischung zweier Spektralfarben herzustellen und es ist zu erwarten, daß die Mischung zweier Komplementärfarben jeweils grau ergibt, wenn die Intensitäten entsprechend kontrolliert werden. Durch Vergrößerung der Entfernung zwischen dem Okular des Fernrohres und den Augen konnte das zu betrachtende Feld beliebig verkleinert werden. Für ein bestimmtes Gelb, gemischt mit einem bestimmten Türkis, konnte er auf diese Weise tatsächlich ein Weiß erzeugen; bei allen anderen Farbpaaren gelang ihn dies dagegen nicht.
Helmholtz erkannte als erster, warum die Mischung von gelber und blauer Farbe Grün ergibt, während die Mischung entsprechender Lichter ja Weiß ergab: Die Farbpigmente wirken als Filter, so daß bei deren Mischung noch mehr gefiltert wird und nur Grün übrig bleibt (subtraktive Farbmischung). Die Gesetze der Farbmischung gelten dagegen nur für Lichter (Spektren), die sich bei Aufeinanderprojizieren additiv verhalten.
Grassmann (1853) betonte, daß die von Helmholtz gesammelten Daten implizieren, daß es zu jeder Farbe eine Komplementärfarbe gibt. Grassmann stellte hierzu folgendes Gesetz auf: ``Wenn bei der Mischung zweier Farben eine kontinuierlich variiert wird und die andere unverändert bleibt, dann ändert sich der Farbeindruck der Mischung ebenfalls kontinuierlich.'' Helmholtz bestimmte in Folge dieser Kritik durch Grassmann die exakten Komplementärfarben für einige Spektralfarben (die Ergebnisse von Helmholtz konnten später von Maxwell bestätigt werden). Ein weiteres von Grassmann formuliertes Gesetz postuliert, daß die Rolle einer Farbe bei Farbmischungen nicht von deren spektraler Zusammensetzung abhängt. Außerdem sind die beiden von Newton formulierten Gesetze der Farbmischung wichtig (Gesetz der Komplementärfarben und der dazwischen liegenden Farben). Schließlich postulierte Grassmann noch ein viertes Gesetz, nämlich daß die gesamte Lichtintensität einer Mischung der Summe der Intensitäten der gemischten Farben entspricht.
Newton konstruierte seinen Farbkreis zur Vorhersage der Ergebnisse von Farbmischungen. Young zog daraus die Folgerung, daß sich alle Farben als Mischung von drei Primärfarben herstellen lassen müssen. Er verwendete deshalb ein Dreieck anstelle eines Kreises zur Charakterisierung der Farben.
Maxwell (1885) versuchte als erster, die Gesetze der Farbmischung quantitativ zu formulieren.. Auf dieser Grundlage repräsentierte der die Mischungen innerhalb eines Dreiecks, wobei die Mischungen zweier Farben auf dem Schwerpunkt (center of gravity) der Linie liegt, die die beiden Farben miteinander verbindet. Die Intensität der beiden Farben kann durch entsprechende numerische Koeffizienten berücksichtigt werden. Daraus ergibt sich allerdings, daß die Mischung dreier Farben nicht in der Ebene repräsentiert werden kann.
Helmholtz erkannte, daß sich die verschiedenen Spektralfarben unterschiedlich stark von Weiß unterscheiden (sie sind unterschiedlich gesättigt). Dies berücksichtigte er bei der Konzeption seiner Farbtafel. König und Dieterici (1882) führten sehr exakte Messungen spektraler Mischungen durch; sie zeichneten den Spektralzug in ein ``theoretisches'' Dreieck ein, das auf imaginären Primärfarben basiert.
Neben dem Bemühen, Farbtafeln zur Vorhersage von Farbmischungen zu konzipieren, wurden auch Farbtafeln bzw. Farbkörper entwickelt, um phänomenologische Beziehungen zwischen Farben zu repräsentieren: