Dalle fonti e dall'osservazione archeologica risulta che un intonaco romano è costituito generalmente da due strati ben distinti, che possono essere formati, ciascuno, da numerose stesure sovrapposte, fino ad uno spessore complessivo di 8-12 cm.

La tecnica dell'affresco si trasmette da quella romana alla civiltà medioevale senza che avvengano sostanziali modificazioni nei procedimenti operativi; in età paleocristiana e nell'Alto Medioevo  si ha solamente una riduzione di numero e spessore negli strati preparatori. Si usava dipingere con rapidità; le linee di congiunzione delle zone di affresco seguivano l'andamento orizzontale dei ponti; si preparava quindi quanto stava a livello dell'impalcatura e, segnati i contorni con ocra rossa, si davano i colori generali.

Si terminava, infine, definendo ombre, luci, particolari, usando talvolta, quando l'intonaco si era ormai seccato, i colori a calce.
Certamente già alla fine dell'epoca classica un altro pratico genere di pittura si era diffuso per opere decorative e compendiarie. Sull'intonaco secco o ancor fresco, si stendevano più mani di calce, come un imbiancatura; su di essa poi si dipingeva con colori diluiti in acqua e forse, secondo il caso, in deboli soluzioni collanti. Talvolta alcuni colori ricevevano anche modiche addizioni di calce, così da rimanere meglio fissati e forti nell'adesione al supporto.

Questa tecnica, largamente usata nella pittura delle catacombe e paleocristiana, passò quasi inalterata al Medioevo, ovviamente con le varianti generatesi in differenti regioni, per l'uso di materiali e pigmenti diversi e per singole operatività e tradizioni delle varie maestranze.
Nel suo trattato "Diversarum Artium Schedula", l'anonimo monaco nascosto sotto lo pseudonimo grecizzante di Teofilo descrive un metodo di pittura derivante da queste remote pratiche, che troverà larga diffusione nella pittura romanica europea: consiste nel bagnare l'intonaco di calce e sabbia già secco e stendervi una mano di calce, quindi dipingervi mentre è così bagnato con colori diluiti in acqua di calce.
Gran parte delle pitture murali medioevali, fino a tutto il XIII secolo, sono eseguite sostanzialmente in questo modo; nella decorazione murale tale tecnica, detta pittura alla calce, simile all'affresco nel risultato finale, avrà vita ininterrotta fino al principio del XX secolo.

La tecnica bizantina risulta più accurata per ciò che concerne la preparazione del supporto: lo strato preparatorio è più profondo ed è spesso possibile distinguere tra arriccio più grossolano e l'intonaco (detto intonachino). I maestri lavorano con vari aiuti, secondo modelli ed iconografie prestabilite; l'artista bizantino segue un ordine fisso nell'eseguire il dipinto, definendo prima con strumenti appositi le proporzioni, poi stendendo il disegno preparatorio e applicando i colori di fondo e finendo con il segnare i tratti specifici, le luci e le ombre. Ne risulta una pittura a tratti lineari, a contrasto di colori e marcata distinzione di toni (si usavano colori misti a calce o gesso).