La scala di grigi è una gamma di sfumature di grigio senza colore apparente. La tonalità più scura possibile è il nero, che è la totale assenza di luce trasmessa o riflessa. La tonalità più chiara possibile è il bianco, la trasmissione totale o la riflessione della luce a tutte le lunghezze d'onda visibili s. Le sfumature intermedie di grigio sono rappresentate da livelli di luminosità uguali dei tre colori primari (rosso, verde e blu) per la luce trasmessa, o da quantità uguali dei tre pigmenti primari (ciano, magenta e giallo) per la luce riflessa.
Nel caso della luce trasmessa (ad esempio, l'immagine sul display di un computer), i livelli di luminosità dei componenti rosso (R), verde (G) e blu (B) sono rappresentati ciascuno come un numero da 0 decimale a 255, o binario da 00000000 a 11111111. Per ogni pixel in un'immagine in scala di grigi rosso-verde-blu (RGB), R = G = B. La luminosità del grigio è direttamente proporzionale al numero che rappresenta i livelli di luminosità dei colori primari. Il nero è rappresentato da R = G = B = 0 o R = G = B = 00000000 e il bianco è rappresentato da R = G = B = 255 o R = G = B = 11111111. Perché ci sono 8 bit s nel binario rappresentazione del livello di grigio, questo metodo di imaging è chiamato scala di grigi a 8 bit.
Nel caso della luce riflessa (ad esempio, in un'immagine stampata), i livelli di ciano (C), magenta (M) e giallo (Y) per ogni pixel sono rappresentati come una percentuale da 0 a 100. Per ogni pixel in un'immagine in scala di grigi ciano-magenta-giallo (CMY), tutti e tre i pigmenti primari sono presenti in quantità uguali. Cioè, C = M = Y. La luminosità del grigio è inversamente proporzionale al numero che rappresenta le quantità di ciascun pigmento. Il bianco è quindi rappresentato da C = M = Y = 0, e il nero è rappresentato da C = M = Y = 100.
In alcuni sistemi che utilizzano il modello di colore RGB, ci sono 2 16, o 65,636, livelli possibili per ogni colore primario. Quando R = G = B in questo sistema, l'immagine è nota come scala di grigi a 16 bit perché il numero decimale 65,536 è equivalente al numero binario a 16 cifre 1111111111111111. Come con la scala di grigi a 8 bit, la luminosità del grigio è direttamente proporzionale al numero che rappresenta i livelli di luminosità dei colori primari. Come ci si potrebbe aspettare, un'immagine digitale in scala di grigi a 16 bit consuma molta più memoria o spazio di archiviazione rispetto alla stessa immagine, con le stesse dimensioni fisiche, resa in scala di grigi digitale a 8 bit.
Nella pratica analogica, l'imaging in scala di grigi è talvolta chiamato "bianco e nero", ma tecnicamente questo è un termine improprio. Nel vero bianco e nero, noto anche come mezzitoni, le uniche sfumature possibili sono il nero puro e il bianco puro. L'illusione dell'ombreggiatura del grigio in un'immagine a mezzitoni si ottiene rendendo l'immagine come una griglia di punti neri su uno sfondo bianco (o viceversa), con le dimensioni dei singoli punti che determinano la luminosità apparente del grigio nelle loro vicinanze. La tecnica dei mezzitoni è comunemente utilizzata per la stampa di fotografie sui giornali.
In alcuni casi, invece di utilizzare i modelli di colore RGB o CMY per definire la scala di grigi, vengono definiti altri tre parametri. Questi sono tonalità, saturazione e luminosità. In un'immagine in scala di grigi, la tonalità (tonalità di colore apparente) e la saturazione (intensità di colore apparente) di ciascun pixel sono uguali a 0. La luminosità (luminosità apparente) è l'unico parametro di un pixel che può variare. La luminosità può variare da un minimo di 0 (nero) a 100 (bianco).