在光学发展的早期，对颜色的解释显得十分困难．在牛顿以前，欧洲人对颜色的认识流行着亚里士多德的观点．亚里士多德认为，颜色不是物体客观的性质，而是人们主观的感觉，一切颜色的形成都是光明与黑暗、白与黑按比例混合的结果．

伊斯兰世界对光的折射、反射和彩虹现象的正确研究结果以及对光的理论看法，以及亚里士多德的希腊文光学理论，都有理由认为会通过英国主教罗伯特格罗斯泰斯特及其学生罗吉尔•培根等人的翻译传播到了欧洲.

1663年波意耳也曾研究了物体的颜色问题，他认为物体的颜色并不是属于物体的带实质性的性质，而是由于光线在被照射的物体表面上发生变异所引起的．能完全反射光线的物体呈白色，完全吸收光线的物体呈黑色．

另外还有不少科学家，如笛卡儿、胡克等也都讨论过白光分散或聚集成颜色的问题，但他们都主张红色是大大地浓缩了的光，紫光是大大地稀释了的光这样一个复杂紊乱的理论．所以在牛顿以前，由棱镜产生的折射被假定是实际上产生了色，而不是仅仅把已经存在的色分离开来．

当白光通过无色玻璃和各种宝石的碎片时，就会形成鲜艳的各种颜色的光，这一事实早在牛顿的几个世纪之前就已有了解，可是直到十七世纪中叶以后，才有牛顿通过实验研究了这个问题．

13世纪，德国人西奥多里克（Theodoric）的传教士，曾在实验中模仿天上的彩虹.他利用阳光照射装满水的大玻璃球壳，观察到了和空中一样的彩虹，以此说明彩虹是由于空气中水珠反射和折射阳光造成的现象.不过，他的进一步解释没有摆脱亚里士多德的教义，继续认为各种颜色的产生是由于光受到不同阻滞所引起.光的四种颜色：红、黄、绿、蓝，处于白与黑之间，红色接近白色，比较明亮，蓝色接近黑色，比较昏暗.阳光进入球形水滴后，从表面区域折射出来的是红色或黄色，从深部折射出来的是绿色或蓝色.雨后天空中充满水珠，阳光进入水珠再折射出来，人们就看到色彩缤纷的彩虹景象.

笛卡尔对彩虹现象也有兴趣，他用实验检验西奥多里克的论述.他在1637年的《方法论》中还有一篇附录，专门讨论彩虹，并且介绍了他自己做过的棱镜实验.他用三棱镜将阳光折射后投在屏上，发现彩色的产生并不是由于进入媒质深浅不同所造成.因为不论光照在棱镜的那一部位，折射后屏上的图象都是一样的.遗憾的是，笛卡儿的屏离棱镜太近，他没有看到色散后的整个光谱，只注意到光带的两侧分别呈现蓝色和红色.

1665-1667年欧洲瘟疫期间，因学校关闭，牛顿回到老家，期间系统地研究了棱镜的光学现象.

牛顿首先做了一个有名的三棱镜实验.从1663年起，牛顿开始磨制透镜和自制望远镜.同时制作了一块三角形的玻璃棱镜，以便重复观察包括意大利物理学家格里马尔第（Grimaldi，Francesco Maria，1618—1663）在内的所做的那些著名实验.格里马尔迪是波洛尼亚大学教授和耶稣会会士，在他死后约两年问世的一本书里发表了他的最重要的发现.他让一束光通过两个（前后排列的）狭缝后投射到一个空白屏幕上.他发现，投射到该表面上的光带比进入第一道缝时的光束略微宽些.所以他认为，这束光在狭缝边缘向外有所弯曲，他把这个现象称为衍射.这显然是光线绕过障碍的一种情况，对于波而言，这种情况是存在的，而粒子则不然；因此格里马尔迪认为光是一种波现象.更为异乎寻常的是，他观察到光带在其终端显示出一至三道彩色条纹.

牛顿在著作中记载道：“1666年初，我制作了一个三角形的玻璃棱柱镜，利用它来研究光的颜色．为此，我把房间里弄成漆墨的，在窗户上开一个小孔，让适量的日光射进来．我又把棱镜放在光的入口处，使折射的光能够射到对面的墙上去，当我第一次看到由此而产生的鲜明强烈的光色时，使我感到极大的愉快．” 牛顿细致地注意到阳光不是像过去人们所说的五色而是在红、黄、绿、蓝、紫色之间还有橙、靛青等中间色共七色（牛顿说七色，是因为数字7是古希腊人的吉祥数，肉眼能看到夜空中的7颗行星，一周7天，7是两次满月间隔的四分之一时间）.

奇怪的还有棱镜分光后形成的不是圆形而是长条椭圆形，接着他又试验“玻璃的不同厚度部分”、“不同大小的窗孔”、“将棱镜放在外边”再通过孔、“玻璃的不平或偶然不规则”等的影响；用两个棱镜正倒放置以“消除第一棱镜的效应”； 取“来自太阳不同部分的光线，看其不同的入射方向会产生什么样的影响”；并“计算各色光线的折射率”，“观察光线经棱镜后会不会沿曲线运动”；最后才做了“判决性试验”：在棱镜所形成的彩色带中通过屏幕上的小孔取出单色光，再投射到第二棱镜后，得出该色光的折射率（当时叫“折射程度”）发现这些单色光不会继续被分解，这样就得出“白光本身是由折射程度不同的各种彩色光所组成的非均匀的混合体”.白光既然能分解为单色光，那么单色光是否也可复合为白光呢”为此牛顿进行实验，调节各平面镜与入射光的夹角，使各反射光都落在光屏的同一位置上，这样就得到一个白色光班．这个惊人的结论推翻了前人的学说，是牛顿细致观察和多项反复实验与思考的结果.牛顿把这个颜色光斑叫做光谱．

光谱学正是开始于牛顿的光学实验.牛顿用单词“spectrum”来描述白光通过三棱镜后形成的像彩虹一样的各种颜色.The history of spectroscopy began with Isaac Newton's optics experiments (1666–1672). Newton applied the word "spectrum" to describe the rainbow of colors that combine to form white light and that are revealed when the white light is passed through a prism.

牛顿解释说，颜色是光的物理特性（color arises from a physical property of light），颜色是大脑中的一种感觉，而不是物体或光的固有特性，比如红紫色可以通过光谱中的红色和紫色混合而成，但是光谱中没有红紫色，因此红紫色不是光的颜色.

中文“衍”的本意是：水流入海.一条很直的河中的水流入大海后，向四周扩散开. 光的衍射效应最早是由意大利数学和物理学家弗朗西斯科•格里马第（Francesco Grimaldi）于1665年观察发现并加以描述其特性的，他还根据拉丁文创造了衍射“diffraction”这个词，表示“打碎”，对于光来说，就是使其从直线传播分散为不同的方向.

格里马第在他的一生中都没有以自己的名字发表过著作，所有他的东西都是在他死后出现在意大利天文学家Giovanni Battista Riccioli(17 April 1598 – 25 June 1671)发表的著作中.Riccioli是Grimaldi的老师.格里马第在45岁的时候突然生病去世，但是在他去世前10年里对光学的特性做了十分显著的研究.格里马第在1665年出版的著作Physico-Mathesis de Lumine中尝试着去判断光是一种物质还是是另外的物质的特性.他用一种十分不寻常的方法来研究这个问题.他的著作有两部分.第一部分描述了他的最有名的发现，光的衍射.他作了一个小针孔，然后让太阳光通过这个小孔进入一个漆黑的房间，照射到一个屏幕上.屏幕的摆放有一定的角度使得光线在屏幕上产生一个椭圆形的图案.然后把一根很细的棒放在小孔与屏幕之间，来测量细棒在屏幕上的阴影大小.格里马第发现，细棒阴影的大小比应该有的圆锥形尺寸大.格里马第分析认为，如果光是由微粒组成的，那么这个效果就不可能出现，所以光应该是一种流体的形式，可以围着物体变弯（this effect was impossible if light consisted of corpuscles so light must have a fluid form which bent round the object）.他还注意到细棒阴影附近有彩色带.每一条带有3个成分，最靠近阴影的是紫色带，中间是白色带，最外层是红色带.

格里马第选择“衍射diffraction”来描述这种效应，因为这种效应使他想起一个细棒放在流体的路径上时流体分开的样子.之后，他还使光线通过两个针孔后进入黑暗的房间来观看干涉现象.接下来，他又处理了反射和折射.书的第二部分研究的是颜色和彩虹.

令人吃惊的是，格里马第的著作很少被人阅读，但是他在衍射上的重要结论却被其他人广泛地熟知.

格里马第的实验被广泛传播，牛顿自己也亲自确认说，他通过阅读Honoré Fabri的'Dialogi physici'的第一段对话而学到了格里马第的衍射效应.

格里马第反对光的粒子说，认为光是一种类似波（wavelike）的物质.

牛顿重做并改进了格里马第的实验，做了包括棱镜实验（折射和颜色理论，主要目的和格里马第一致）和牛顿环（干涉，没有解释理论原因）.牛顿分析认为光由微粒组成，这些微粒进入另一种密度更大的媒介后产生折射.

正如之前所述，欧洲光学研究的再次兴起，主要是因为和伊斯兰世界的接触的增加.尤其是经过英国主教罗伯特格罗斯泰斯特及其学生罗吉尔•培根等人将ibn和亚里士多德的光学著作从希腊文和阿拉伯文翻译为拉丁文后.

（Science began to progress again in Europe after the Renaissance of the 12th century. This was mainly due to increased contact with the Islamic world. By 1200， al-Haytham's The Book of Optics was published in Latin and it was reviewed by Roger Bacon， one of the earliest European advocates of experimental science， in 1267.）