唐墓壁画主要使用的矿物颜料包括红色系的朱砂（HgS）与铁红（Fe₂O₃）、黄色系的土黄与钒铅矿、黑色系的炭黑，以及白色系的石灰（CaCO₃）和白云母。颜料层通常由矿物粉末与动物胶混合制成，不同时期工艺存在差异：初唐为白灰层与颜料层的双层结构，中晚唐则发展为麦草泥地仗层、白灰层与颜料层的三重工艺。

这一结论基于多项科学检测与考古研究。西安出土的4座唐代墓葬壁画通过超景深显微分析、拉曼光谱等技术确认，红色颜料以朱砂和铁红为主，其中朱砂纯度较高，可能经过人工提纯；黑色均为炭黑，其拉曼特征峰在1364cm⁻¹与1594cm⁻¹附近，与历代彩绘陶俑的检测数据一致。黄色颜料在晚唐墓中首次发现钒铅矿（Pb₅(VO₄)₃Cl），该矿物此前仅见于西汉墓与盛唐韩休墓，此次发现将其应用下限延伸至晚唐。工艺上，初唐壁画采用石灰加砂的“三合土”配方打底，而中唐后普遍以麦草泥为地仗层，石灰层作为底色，这种分层结构能有效增强壁画附着力。

新疆吐鲁番阿斯塔纳唐墓与敦煌莫高窟的对比研究显示，尽管地域不同，核心颜料成分高度相似，如红色均以朱砂和铁红为主，但新疆壁画中出现更多本地矿物如绿铜矿。陕西历史博物馆藏唐墓壁画中，章怀太子墓《图》的红色马匹使用朱砂混合铁红，以增强色彩层次；永泰公主墓因长期受泥水侵蚀，部分铅丹（Pb₃O₄）氧化变黑，形成独特的“黑飞天”现象。颜料选择既受技术限制也反映等级差异：高等级墓葬如懿德太子墓大量使用进口青金石作蓝色颜料，而民间墓葬多采用廉价的土红与炭黑。

值得注意的是，唐代颜料工艺对后世影响深远。例如钒铅矿的稳定性使其成为宋元壁画黄色系的重要补充，而动物胶混合矿物的技法至今仍用于文物修复。现存壁画褪色主因包括铅丹氧化、湿度侵蚀及微生物作用，如永泰公主墓因盗洞渗水导致霉菌滋生，加速颜料层剥落。这些案例为现代文物保护提供了关键数据，例如韩休墓壁画修复中，通过热裂解气相色谱-质谱联用技术（Py-GC-MS）确定了原始胶结材料为动物皮胶，为复原工艺提供了依据。