Grayscale é uma gama de tons de cinza sem cor aparente. A tonalidade mais escura possível é o preto, que é a ausência total de luz transmitida ou refletida. A tonalidade mais clara possível é o branco, a transmissão total ou reflexo da luz em todos os comprimentos de onda visíveis s. As tonalidades intermediárias de cinza são representadas por níveis iguais de brilho das três cores primárias (vermelho, verde e azul) para a luz transmitida, ou quantidades iguais dos três pigmentos primários (ciano, magenta e amarelo) para a luz refletida.
No caso da luz transmitida (por exemplo, a imagem num ecrã de computador), os níveis de brilho dos componentes vermelho (R), verde (G) e azul (B) são representados cada um como um número decimais de 0 a 255, ou binário 00000000 a 11111111. Para cada pixel em uma imagem em tons de cinza vermelho-verde-azul ( RGB ), R = G = B. A leveza do cinza é diretamente proporcional ao número que representa os níveis de brilho das cores primárias. O preto é representado por R = G = B = 0 ou R = G = B = 00000000, e o branco é representado por R = G = B = 255 ou R = G = B = 11111111. Como há 8 bits s na representação binária do nível de cinza, este método de imagem é chamado de escala de cinza de 8 bits.
No caso de luz refletida (por exemplo, em uma imagem impressa), os níveis de ciano (C), magenta (M) e amarelo (Y) para cada pixel são representados como uma porcentagem de 0 a 100. Para cada pixel numa imagem em escala de cinzento ciano magenta (CMY), todos os três pigmentos primários estão presentes em quantidades iguais. Ou seja, C = M = Y. A leveza do cinza é inversamente proporcional ao número que representa as quantidades de cada pigmento. O branco é assim representado por C = M = Y = 0, e o preto é representado por C = M = Y = 100.
Em alguns sistemas que utilizam o modelo de cor RGB, existem 2 16 , ou 65.636, níveis possíveis para cada cor primária. Quando R = G = B neste sistema, a imagem é conhecida como escala de cinza de 16 bits porque o número decimal 65.536 é equivalente ao número binário de 16 dígitos 1111111111111111. Tal como na escala de cinza de 8 bits, a leveza do cinza é diretamente proporcional ao número que representa os níveis de brilho das cores primárias. Como seria de esperar, uma imagem em escala de cinza digital de 16 bits consome muito mais memória ou armazenamento do que a mesma imagem, com as mesmas dimensões físicas, renderizada em escala de cinza digital de 8 bits.
Na prática analógica, a imagem em escala de cinza é às vezes chamada de "preto e branco", mas tecnicamente este é um nome incorreto. Em preto e branco verdadeiro, também conhecido como meio-tom, as únicas tonalidades possíveis são preto e branco puro. A ilusão de sombreamento cinza em uma imagem meio-tom é obtida pela renderização da imagem como uma grade de pontos pretos sobre um fundo branco (ou vice-versa), com os tamanhos dos pontos individuais determinando a aparente leveza do cinza em sua vizinhança. A técnica de meio-tom é comumente usada para imprimir fotografias em jornais.
Em alguns casos, ao invés de usar os modelos de cores RGB ou CMY para definir a escala de cinza, três outros parâmetros são definidos. Estes são tonalidade, saturação e brilho . Em uma imagem em escala de cinza, a tonalidade (sombra de cor aparente) e saturação (intensidade de cor aparente) de cada pixel é igual a 0. A leveza (brilho aparente) é o único parâmetro de um pixel que pode variar. A luminosidade pode variar de um mínimo de 0 (preto) a 100 (branco).