不同色相的色光作用于人眼会产生不同明度的感受。而明度同时在很大程度上受光强度影响，光强度越强，明度越高，反之明度则越弱。

人眼对亮度的反应主要依靠视网膜上的两种感光细胞（photoreceptor cell）。在正对瞳孔的中央部位分布着密集的锥状细胞（cone cell)，在中央部位的四周则主要是杆状细胞(rod cell)。

锥状细胞负责明视觉（photopic vision）——在光线明亮的环境下，杆状细胞失去活性，主要是锥状细胞起感光作用，这时的视觉叫明视觉。明视觉的特点是能分辨物体的颜色，对物体表面的细节和轮廓境界都能看得很清楚，有高分辨能力，且反应速度快，适应速度在3分钟内。

杆状细胞主要负责暗视觉(scotopic vision）——当处在很暗的环境下，锥状细胞失去活性，杆状细胞起感光功能，这时的视觉叫做暗视觉。其特点是只能分辨明暗，视物时只能有较粗略的轮廓，精确性差，且反应速度慢，适应速度需至少30分钟。

人眼对亮度适应性非常强，人眼能分辨的最小亮度与最大亮度相差10亿倍。瞳孔的大小可以控制射入视网膜上光线的强度，成年人瞳孔直径的变化范围为2至8毫米，相当于四级光圈，射入光线的强度相差16倍。

两种视神经细胞所能感受到的亮度范围如图所示。

从图可见，明视觉与暗视觉之间，在中等亮度区域有一定的交叉。介于明视觉和暗视觉之间的中间视觉状态下（mesopic vision）,锥状细胞和杆状细胞同时发生作用。

人眼对亮度的反应并非是线性的，比如在昏暗的房间内，我们看到的烛光是明亮的，而同样的烛光放在正午的阳光下，我们甚至连火苗都看不见，说明人眼对亮度变化的反应随着亮度的增加而减弱。人眼的这种特性近似于对数函数，如果用I表示亮度，人眼的反应用S表示，那么二者之间的关系为可以用对数公式表示为：S=a x log I 其中a为常数。