敦煌壁画变色的部分，主要是人物肤色和与其颜料成分近似的部分色彩，已经由初绘时的肉色，变成了黑色、铅灰色或褐色。
过去，许多专家认为，敦煌壁画变色，是因为古人在作画时颜料中使用了铅粉的缘故，铅粉氧化，从而导致壁画变色，但新的科学分析表明，在敦煌壁画的人物肤色及近似色彩中，并没有使用铅粉。
通过对壁画中人物画颜料取样进行了x－衍射分析，结果发现，敦煌壁画变色与三个方面的因素有着重要关系：一是使用朱丹和含有朱丹的调和色，经千百年氧化反应，彻底改变了初绘时的色彩；二是植物颜料经千年氧化而直接褪色，或被下层变化的色彩上翻而掩盖；三是敦煌土质是经海水浸泡过的海底床，含有大量的碱性元素，成为颜料化学反应的催化剂。
受营造时间和颜料使用的影响，敦煌壁画的变色可大致分为两个阶段：一是在南北朝至隋代初期壁画中，人物肤色及近似的色彩主要变成了黑色或铅灰色；二是在隋代中期至元代的壁画中，人物肤色及近似的色彩变成了褐色。
研究表明，敦煌壁画所用的颜料，主要以天然矿石颜料为主，植物颜料、人工合成颜料为辅，有朱砂、朱磦、黄丹、银朱、赭石、土红、石黄、雄黄、青金石、石青、氯铜矿、石绿、铜绿、滑石粉、高岭土、白垩、方解石、云母等。正是用这些五彩斑斓的颜料，古人绘制了精美的敦煌壁画，尽管受自然侵蚀和人为破坏影响，敦煌壁画的人物肤色等已经出现了变化，但由于许多矿石颜料都不易变色，故历经千百年之后，大多数壁画依旧光彩如新。
