Большие возможности для изучения произведений живописи открывает использование рентгеновского излучения. По рентгенографической плотности изображения можно судить о составе левкаса или грунта. Рентген в живописи позволяет выявить структуру и особенности живописного произведения, характер красочного слоя, что дает возможность проследить особенности техники живописи данного произведения. Изучая технику живописи определенного художника, на основании рентгенограммы можно установить особенности его мазка, моделировку форм, определить участки исправлений и переписок.

Рентген в живописи почти всегда дает возможность определить точные границы утрат красочного слоя, даже если они закрыты большими реставрационными записями.
Только на рентгенограмме возможно получить точное изображение нижележащего красочного слоя, с большой достоверностью выяснить историю жизни произведения.

Основной метод рентгенографического исследования заключается в том, что приемник изображения кладется на красочную поверхность произведения живописи, плотно прижимается к ней, а пучок рентгеновского излучения направляется перпендикулярно к плоскости приемника в его центр.

Данный вид исследований построен на использовании эффекта свечения (люминесценции) многих органических и неорганических веществ под воздействием ультрафиолетового излучения.

При облучении вещества каким-либо видом излучения молекулы данного вещества могут перейти в возбуждённое состояние, поглотив излучение определённой длины волны. Затем, возвращаясь в исходное (невозбуждённое) состояние, они выделяют часть поглощённой энергии в виде излучения, обычно имеющего большую длину волны.

УФ диапазон удобен для исследования тем, что люминесценция, возникшая под воздействием УФ, у многих веществ имеет длину волны видимого диапазона и поэтому воспринимается непосредственно глазом.
Видимая люминесценция под воздействием ультрафиолета даёт следующие сведения о художественном произведении, выполненном в технике темперной живописи.

Например, клеи находящиеся на поверхности, под воздействием ультрафиолета выявляются яркими беловато-голубоватыми пятнами и потёками. Желток, нанесённый на поверхность для укрепления живописного слоя, под воздействием ультрафиолета имеет слабое свечение сероватого цвета. Олифа под воздействием ультрафиолета становится тёмной, и изображение не просматривается.
Реставрационные тонировки и записи могут выявиться на раскрытой поверхности.

Изучение музейного предмета при помощи стереомикроскопа — один из самых информативных видов исследования. Он позволяет наиболее точно определить состояние сохранности произведения, максимально выявить степень прежних реставрационных вмешательств, в частности, распознать старые записи, находящиеся под более поздними лаковыми слоями, которые часто не выявляются при исследовании в ультрафиолетовых (УФ) лучах.

Только при исследовании под микроскопом можно увидеть, к примеру, старые реставрационные тонировки и записи, отличающиеся от авторского слоя по составу пигментов, степени прозрачности и фактуре, но почти сравнявшиеся с ним по прозрачности, близкие по цвету и, порой, уже имеющие общий с ним кракелюр. Исследование под микроскопом также даёт возможность узнать исходную цветовую гамму произведения по остаткам авторского красочного слоя.

Много других деталей также можно определить при помощи микроскопа. Например, где хранился объект — в музейном помещении или нет, как с ним обращались, была ли обеспечена в помещении оптимальная влажность, температура или нет. Даже если условия хранения были идеальными, можно увидеть влияние различных процессов на состояние предмета.

Связующее — вещество, входящее в состав краски и устанавливающее все ее свойства кроме цвета, за который отвечает пигмент. Основное назначение связующего вещества — скреплять частицы пигмента между собой и с грунтом, создавать устойчивый красочный слой, обеспечивая долговечность красок.

Возможность такого анализа связана с тем, что материалы — краски и холсты, которые использовали художники начала XX века (сложнее с бумагой, акварелью, темперой и гуашью), — появлялись и использовались в строго определенный период времени. Особенно масляная краска: определенная умбра, киноварь, зеленая краска, белила появлялись не раньше конкретного периода.

Знания о материалах позволяют определять время написания картины. Однако поскольку практически любое произведение старше 70–80 лет раньше или позже подвергалось реставрации, при анализе вероятна ошибка. Поэтому соскобы делаются в разных местах полотна, и в целом химико-технологический анализ может дать объективный результат.