关于色觉机制很早就进行了心理物理学的研究，计有杨－赫尔姆霍茨（Young－Helmholtz）的三原色说、赫林（Hering）颉颃色说，以及对这两种对立学说进行补充的许多修正学说。在锥细胞这一水平方面，通过显微光度法和微电极技术，已证明三原色学说所假定的过程，而在接受锥细胞的突触联系的水平细胞已确认存在着颉颃色说所假定的过程。
在心理物理学中有把三原色说和颉颃色说结合起来的阶段说（stage theory，gone theory），这种理论假设上述两种学说并不是互相对立的。问题只是在于所解释的水平的不同，在网膜所确认的色觉机制则正是这种阶段说所假设的。在神经细胞水平方面，色觉机制的全貌尚不清楚。在脊椎动物中，已确认具有色觉的有灵长类、鸟类、蜥蜴、龟、硬骨鱼类。在无脊椎动物中，色觉发达的有昆虫类、甲壳类和头足类三类。对于蜜蜂，自冯·弗里希（K.von Frisch，1914）以来的研究表明，它能区分650—530nm（红、黄、绿）510—480nm（蓝绿）、470—400nm（蓝、紫）、400—300nm（紫外区）等四种色调。这些从行为生理学方面所得到的证据，不仅是细胞内电位光谱反应特性有差异，而且通过特殊染色法和单色光照射结合所进行的电子显微镜研究也都确认存在着光谱敏感度不同的视细胞。一般来说，昆虫的可视区域比人更移向于高频段，它们看不到红色，或者比较能感受紫外线。夜间活动的昆虫，如竹节虫和Tro－ilus，缺少色觉能力。在甲壳类中，水蚤具有双色色觉，对蓝绿、蓝、紫和紫外线呈负趋光性，而对红、橙、黄和绿则呈正趋光性。此外，以喇咕和某种虾的复眼中已提取到吸收峰不同的两种视色素。至于象海藻虫（端足类）等，根据背色变化的体色反应，也是具有色觉的证明。