За исключением тех случаев, когда произведение живописи осталось незаконченным или когда красочный слой оказался местами утрачен, грунт скрыт от глаз исследователя. На готовых грунтованных холстах, натягивавшихся на подрамник, грунт можно видеть на загнутых на ребрах подрамника кромках. Однако независимо от того, каким образом можно увидеть на картине обнаженный грунт, полное его исследование возможно только при условии получения пробы. Такая проба может быть взята с кромок холста, с не покрытых краской участков картин, в местах осыпей красочного слоя, в трещинах или других доступных местах. В других случаях берут пробы грунта, включающие красочный слой.
О химическом составе наполнителя грунта обычно судят по данным микрохимического анализа. В ходе такого лабораторного исследования необходимо использовать физико-химические методы, например рентгеноструктурный анализ, инфракрасную спектроскопию и другие, позволяющие однозначно и с достаточной полнотой судить о составе изучаемого грунта и отметить именно те его особенности, которые могут объединить его с определенной группой произведений или отличить от нее.
Авторский рисунок, в случае его выявления, показывает ход работы над картиной, дает возможность судить об авторском исполнении или копийном происхождении произведения. Сопоставление выявленного рисунка с рисунком подлинных произведений мастера, с его графическими работами расширяет возможности установления автора картины.
Исследование и возможность выявления авторского рисунка определяются материалом, которым он выполнен, характером его нанесения, а также особенностями вышележащего красочного слоя и грунта, на который он нанесен.
Эффективное средство выявления первоначального рисунка — исследование живописи в инфракрасных лучах. Поверхностные загрязнения, потемневший лак, некоторые краски, непрозрачные для обычного, видимого света прозрачны для инфракрасных лучей. В то же время материалы грунта — гипс, мел, известь, различные белила обладают большим отражающим коэффициентом для этих лучей, а уголь, графит и сажа, содержащие практически чистый углерод и наиболее часто используемые как материал рисунка, их в сильной степени поглощают. Поэтому в тех случаях, когда инфракрасные лучи могут проникнуть сквозь красочный слой и дойти до грунта, который их в значительной степени отразит, а вещество, которым выполнен рисунок, их поглотит, возникают благоприятные условия для выявления рисунка.
На инфракрасной фотографии такой рисунок читается в виде четких черных линий на более светлом фоне. Наличие рисунка, выполненного (или усиленного) черным углеродосодержащим пигментом в сочетании с меловым или гипсовым грунтом и тонкослойной живописью, объясняет возможность его прочтения на многих произведениях западноевропейских и древнерусских мастеров.
Красочный слой — его состав и структура — наиболее полно отражают специфику выбора материалов и технических приемов, присущих определенным эпохам, школам и отдельным мастерам. После того, как были установлены определенные закономерности в использовании пигментов, связующих и готовых красок, обладающих, как и грунт, датирующими признаками, появилась возможность на основе их идентификации, в совокупности с выявленными особенностями остальных структурных элементов картины, говорить не только когда и где было создано исследуемое произведение, но и высказать предположение о его авторе или отрицать принадлежность ему изучаемого произведения.
Комплекс вопросов, непосредственно связанных с технологией создания произведения, с изучением метода построения красочного слоя, почерком мастера, изменениями, вносимыми в произведение в процессе его создания, а также его сохранности, решается с помощью неразрушающих методов исследования.
Исследование в ультрафиолетовых лучах — один из важнейших моментов и в изучении настенной живописи, где тот или иной прием живописца раскрывается в этих условиях с особенной полнотой. В отличие от ультрафиолетовых, инфракрасные лучи благодаря их меньшему рассеиванию в среде, обладают способностью проникать через некоторые краски, которые для этого вида излучения оказываются прозрачными. Поэтому с их помощью удается обнаружить изменения в красочном слое или восстановить утраченные со временем детали, подписи.
Частным случаем изучения красочного слоя является исследование подписей на картинах. Так как подпись художника обычно служит, хотя и не всегда заслуженно, аргументом при атрибуции, необходимо несколько остановиться на специфике ее анализа.
Творчество средневекового мастера не должно было нести печати индивидуальности. Со временем, когда произведения зачастую стали ценить не сами по себе, а в связи с именем их творца, мастера начали ставить на картине свое имя, монограмму, символ. Вместе с тем, когда подпись, стоящая на картине, стала не только признаком принадлежности, но и своеобразной гарантией качества, фактором, определяющим цену произведения, возникла фальсификация подписей, их подделка.
Стоящая на картине подпись далеко не всегда свидетельствует о том, что картина действительно написана данным мастером. Известно, что из мастерских Кранаха, Тициана, Рубенса и других живописцев выходили произведения, к которым эти мастера едва лишь прикоснулись кистью. Тем не менее, эти картины считались их произведениями, снабжались их подписью. В то же время признание подписи на картине фальшивой вовсе еще не означает неподлинности самого произведения. Часто подлинные картины снабжались фальшивой подписью мастера для убедительности, нередко мастер подписывал свою картину много лет спустя после ее создания, когда почерк и характер подписи могли измениться, а картина уже сильно состариться. Известны также случаи, когда, желая скрыть подлинную ценность произведения, владелец ставил на ней подпись малоизвестного живописца. Учитывая все это, уже многие знатоки прошлого столетия отводили подписи весьма скромную роль при атрибуции картин. Но, тем не менее, подпись всегда должна быть объектом исследования изучаемого произведения.
Очень большое, а во многих случаях решающее значение имеет при определении аутентичности подписи ее исследование под бинокулярным микроскопом с различным увеличением и разным освещением. Характер написания букв, связь их с основным красочным слоем, движение кисти и прочие детали, присущие данному участку произведения, должны стать объектом тщательного наблюдения и сопоставления. Во многих случаях целесообразно проведение макро- и микрофотографирования подписи или отдельных ее участков. Известное, хотя и не решающее, как иногда полагают, значение имеет расположение подписи: лежит ли она под лаком, или нанесена поверх него, то есть, сколь тесно связана она с авторской живописью.
Закрашенные, находящиеся под слоем старого лака подписи и надписи иногда можно обнаружить с помощью инфракрасных лучей. Нужно, однако, еще раз подчеркнуть, что выявление старой подписи, даже находящейся под записью или под другой подписью, отнюдь не всегда свидетельствует о ее подлинности. Преднамеренное легкое закрашивание фальшивой подписи — хорошо известный прием фальсификаторов, рассчитанный на то, что подпись будет "случайно" найдена при промывке живописи и подтвердит "подлинность" картины.
Определение сохранности красочного слоя целесообразнее всего начать с его просмотра в свете видимой люминесценции, возбуждаемой ультрафиолетовым излучением. Если картина в свете люминесценции излучает равномерный молочно-голубоватый свет, при котором изображение кажется как бы прикрытым прозрачной папиросной бумагой, можно прийти к выводу, что живопись хорошо сохранилась. Отдельные темные места на фоне люминесценции лаковой поверхности могут свидетельствовать о частичной потертости или утрате лака, о небольших ретушах на местах осыпей и сломов красочного слоя. Участки красочного слоя, подвергшиеся реставрационным записям и тонировкам поверх лака, хорошо видны в свете люминесценции при визуальном осмотре картины и на фотографии в виде темных пятен, показывающих места и площадь записей. Можно различить тонировки и под слоем лака: если последний не очень толст и не слишком разложился, то такие тонировки выглядят значительно бледнее, чем сделанные по лаку.
На сегодняшний день достаточно хорошо известна динамика и временные рамки использования целого ряда пигментов классической живописи, известны точные даты открытия и промышленного производства пигментов нового времени, известна группа пигментов, открытых и получивших распространение в начале и середине XX века. Наконец, собрана обширная информация о характерном наборе пигментов, использовавшихся в разное время в различных национальных школах и наиболее выдающимися мастерами живописи.
Связующее вещество красок и грунта, как и пигменты, также не оставалось неизменным. Начиная с шестидесятых годов XX века, в масляную краску начинают добавлять не используемые ранее смолы и парафин, а известные ранее смолы используют в новом качестве или в новых пропорциях. Но и в том случае, когда красочный слой не содержит смол, а состоит только из масла, изучение его физико-химических параметров (состояние масляной матрицы, направление полимеризации и прочее) позволяет судить о действительном возрасте произведения, о том, как проходил процесс его старения — был он естественным или искусственным. Важной вехой в эволюции техники живописи стало использование синтетических связующих материалов. В тридцатых годах ХХ века были изобретены алкидные, акриловые и виниловые полимерные материалы Известны также точные данные производства на их основе художественных красок за рубежом. В середине ХХ века в живописную практику прочно вошли синтетические материалы. Определенные временные рамки использования имеют и различные виды клеевой живописи, гуаши и акварели и темперного связующего (в том числе и так называемой "синтетической темперы", часто используемой для фальсификации графических работ русского авангарда).