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这幅图展示了人眼的结构示意图，这是一个非常复杂的光学成像系统。在视觉系统中，视网膜是一个超级重要的组件，起到了承上启下的作用。在视网膜表面以前，是一个个单独的光感细胞在进行光信号的搜集，人类的感知系统还没有介入，据估计光感细胞的数量在1.3亿左右。你可以粗略的认为从角膜到视网膜的表面构成了一个1.3亿像素的数码相机。而视网膜光感细胞内部则形成了复杂的连接，有趣的是，视神经由大约一百万根纤维组成，携带着大约1.3亿光感受器产生的信息，因此从光感细胞到视神经纤维信号经过了极大的、人类现在还没有完全理解的压缩过程。
有两种类型的光感细胞：在低亮度水平时，只有视杆细胞发挥作用，而在高亮度水平时则是视锥细胞发挥作用，在中间亮度水平时，两者都会同时工作。 但最关键的一点是，视杆细胞只有1种，对感知颜色没有贡献，但是视锥细胞则有3种，这3种细胞对不同波长的光的响应程度是不一样的。
牛顿在其文章中很早就阐明了这种想法，“正确地说，光线不是有色的；在它们里面，没有别的什么，只有某种力量和倾向来激起对这种或那种颜色的感觉。”因此，准确地说，来自天空的光不是蓝色的，而是在观察者看到时唤起蓝色的感觉。
人们对视觉系统的深层次机理还有很多未知的地方，但是对视网膜颜色已经有了深入的理解，视网膜本质上是一个传感器，而光传感器对不同波长的光的敏感度用光谱敏感度函数f()来描述。
一些有趣的人类视觉系统与颜色相关的知识：
- 晶状体会随着年龄的老化而变得越来越黄，这会导致它比年轻时吸收更多的蓝色光。如果一个物体是紫色的，那么其中的蓝光被吸收会导致老年观察者比起年轻观察者更倾向于认为这个物体偏红。
- 如果晶状体在水平和垂直方向的曲率不一样，会导致散光。散光的一个结果是，在视网膜上，水平边缘将始终显示彩色条纹，色差，而垂直边缘将显示不同颜色的条纹
- 晶状体还会吸收入射的紫外线(295nm到400nm之间）的光波，尽量减少它们到达视网膜。但很少一部分吸收的光能会以新的波长重新发射出来，形成眩光。年轻人的晶状体的发射比例很少（例如30岁时入射的天空光的再发射比例约为0.002），但约到老年，这种再发射比例越高（有报道指出60岁时会达到了0.017，80岁时会达到0.121）。这会导致老年人观察偏紫色物体时会感觉到眩光。
- 视网膜后面是一层被称为色素上皮的层。这个深色的色素层用来吸收任何恰好通过视网膜而不被光感受器吸收的光。色素上皮的功能是防止光线通过视网膜散射回来，从而降低感知图像的清晰度和对比度。夜间活动的动物的视觉系统放弃了图像质量的改善而将光反射回来，以便为其光感细胞提供第二次吸收能量的机会。这就是为什么鹿或其他夜间活动的动物的眼睛在迎面而来的汽车的前灯下看起来会发光。
- 视网膜的中心凹是视锥细胞最集中的区域，这里有一层黄斑(Macula)保护视网膜的这一关键区域避免强烈暴露于短波光线中。由此它还减少了短波光的色差，而这种色差会导致图像严重失焦。
- 人类的暗视能力取决于视杆细胞，而它对蓝色光更加敏感。因此在非常暗的环境下观察物体时，蓝色物体会显得较亮，而红色物体则几乎接近黑色。
- 眼见不一定为实，由于视觉系统各种复杂的色调自适应性，我们经常会出现错误的判断，例如下图中A、B两个格子具有同样的颜色值，但我们却倾向于认为它们是不同的颜色：
视觉系统往往会在不同强度区域的边界处出现“上冲”或者“下冲”的现象，通俗讲就是当观察两块亮度不同的区域时，边界处亮度对比加强，使轮廓表现得特别明显。他在视觉效果上可以参考下图实验：
他的原理是人眼对边缘处的亮度变化更敏感。