La escala de grises es una gama de tonos de gris sin color aparente. El tono más oscuro posible es el negro, que es la ausencia total de luz transmitida o reflejada. El tono más claro posible es el blanco, la transmisión o reflexión total de la luz en todas las longitudes de onda visibles. Los tonos intermedios de gris están representados por niveles iguales de brillo de los tres colores primarios (rojo, verde y azul) para la luz transmitida, o cantidades iguales de los tres pigmentos primarios (cian, magenta y amarillo) para la luz reflejada.
En el caso de la luz transmitida (por ejemplo, la imagen en la pantalla de una computadora), los niveles de brillo de los componentes rojo (R), verde (G) y azul (B) se representan cada uno como un número del 0 al 255 decimal, o binario 00000000 a 11111111. Para cada píxel en una imagen en escala de grises rojo-verde-azul (RGB), R = G = B. La claridad del gris es directamente proporcional al número que representa los niveles de brillo de los colores primarios. El negro está representado por R = G = B = 0 o R = G = B = 00000000, y el blanco está representado por R = G = B = 255 o R = G = B = 11111111. Porque hay 8 bits en el binario representación del nivel de gris, este método de imagen se denomina escala de grises de 8 bits.
En el caso de la luz reflejada (por ejemplo, en una imagen impresa), los niveles de cian (C), magenta (M) y amarillo (Y) para cada píxel se representan como un porcentaje de 0 a 100. Para cada píxel en una imagen en escala de grises cian-magenta-amarillo (CMY), los tres pigmentos primarios están presentes en cantidades iguales. Es decir, C = M = Y. La claridad del gris es inversamente proporcional al número que representa las cantidades de cada pigmento. Por tanto, el blanco está representado por C = M = Y = 0, y el negro está representado por C = M = Y = 100.
En algunos sistemas que utilizan el modelo de color RGB, hay 2 16, o 65,636, niveles posibles para cada color primario. Cuando R = G = B en este sistema, la imagen se conoce como escala de grises de 16 bits porque el número decimal 65,536 es equivalente al número binario de 16 dígitos 1111111111111111. Al igual que con la escala de grises de 8 bits, la claridad del gris es directamente proporcional al número que representa los niveles de brillo de los colores primarios. Como era de esperar, una imagen digital en escala de grises de 16 bits consume mucha más memoria o almacenamiento que la misma imagen, con las mismas dimensiones físicas, renderizada en escala de grises digital de 8 bits.
En la práctica analógica, las imágenes en escala de grises a veces se denominan "blanco y negro", pero técnicamente es un nombre inapropiado. En blanco y negro verdadero, también conocido como medio tono, los únicos tonos posibles son el negro puro y el blanco puro. La ilusión de sombreado gris en una imagen de medios tonos se obtiene al representar la imagen como una cuadrícula de puntos negros sobre un fondo blanco (o viceversa), y los tamaños de los puntos individuales determinan la claridad aparente del gris en su vecindad. La técnica de medios tonos se usa comúnmente para imprimir fotografías en periódicos.
En algunos casos, en lugar de utilizar los modelos de color RGB o CMY para definir la escala de grises, se definen otros tres parámetros. Estos son tono, saturación y brillo. En una imagen en escala de grises, el tono (tono de color aparente) y la saturación (intensidad de color aparente) de cada píxel es igual a 0. La luminosidad (brillo aparente) es el único parámetro de un píxel que puede variar. La luminosidad puede oscilar entre un mínimo de 0 (negro) y 100 (blanco).