Goethe schreibt 1810: "Es reut mich nicht, den Studien zur Farbenlehre so viel Zeit aufgeopfert zu haben. Ich bin dadurch zu einer Kultur gelangt, die ich mir von einer anderen Seite her schwerlich verschafft hätte." Über zwei Jahrzehnte arbeitet Goethe damals bereits an seiner Farbenlehre, seiner problematischsten naturwissenschaftlichen Arbeit.

Den Anstoß zu den Studien zur Farbenlehre erhält Goethe in Italien, durch die farbenprächtigen Gemälden der Renaissance und der freien Natur unter dem südlich blauem Himmel. In einem lebenslangen Bemühen geht er daran, das Prinzip der Einheit in der Natur zu entdecken und glaubt die besondere Wirkung von Farben auf den Menschen völlig zu entdecken. Er spürt, "dass man den Farben, als physischen Erscheinungen, erst von der Seite der Natur beikommen müsse, wenn man in Absicht auf Kunst etwas über sie gewinnen wolle."

Aus Goethes Versuchen mit dem Prisma erfolgt die Ableitung seines höchst eigenen Farbschemas, das er für alle Farberscheinungen als gültig erklärt.

Goethe stellt fest, dass es drei reine Farben gibt: Rot, Gelb und Blau. Alle anderen Farben sind Mischungen dieser Farben. Durch Mischung erzielt man nach Goethe drei Mischfarben erster Ordnung: Violett (Rot mit Blau), Grün (Blau mit Gelb) sowie Orange (Gelb mit Rot). Schwarz und Weiß sind bei Goethe Urfarben.

Goethe unterscheidet "physiologische", "physische" und "chemische" Farben, untersucht die Wirkung der Farben auf das "Sinnlich-Sittliche" und beschreibt die Beziehung der Farben zur Philosophie, Mathematik, Naturgeschichte und Tonlehre.

Um zu zeigen, dass Farbe eine emotionale Empfindung und keine physikalische Erscheinung ist, ordnet Goethe den Farben in seinem Farbenkreis die Eigenschaften schön, edel, gut, nützlich, gemein und unnötig zu.

Dabei schätzt Goethe rot als schön, blau als gemein und violett als unnötig ein.

Goethe Farbtheorie basiert auf den Gegensätzen hell und dunkel, entsprechend den Anschauungen im klassischen Griechenland. Farben entstehen demnach als Grenzphänomen: Blau ist die Grenzfarbe zur Dunkelheit und Gelb die Grenzfarbe zur Helligkeit. Das Blau den Himmels entsteht nach Goethe durch ein durchsichtiges Mediums vor dem Dunkel des Weltalls, das Goethe in Anlehnung an die Antike als Atmosphäre (=Trübe) bezeichnet.

Alle Buntfarben entstehen laut Goethe, wie bei den alten Griechen, durch Mischung von Helligkeit und Finsternis. Er nennt die Farben daher Halbschatten, die stets dunkler als Weiß und heller als Schwarz sind. Deshalb ist er davon überzeugt, dass die Mischung der Newtonschen Spektralfarben niemals Weiß ergeben können. Vielmehr ist für Goethe Weiß ein einheitliches, unteilbares Etwas, in dem keine farbigen Strahlen vorkommen.

Durch das Hinzufügen von roten Farbtönen zu weißem Licht entsteht auf der positiven Seite über Gelb das Orange und auf der negativen Seite entsteht Blaurot (Violett) und reines Rot (Purpur). Die Mischung von Blau und Gelb ergibt dann das dazwischen liegende Grün. 

Goethes Studien über die Natur tendieren zu einem universalen System der Erscheinungen. Auch in der Optik verficht Goethe diese Einheit und geht von der Einheitlichkeit des weißen Lichts aus. Farben entstünden demnach nur aus einer unterschiedlichen Hell-Dunkel-Mischung und der Grad dieser "Trübung" ergebe die unterschiedlichen Farben.

Mindestens so wichtig wie seine Lehre ist auch die Haltung, die Goethe vertritt. So bestehen grundlegende Differenzen zu den Arbeitsweisen der "klassischen" Naturwissenschaftler. Goethe lehnt einzelne Experimente und Untersuchungen mit Instrumenten ab, wie beispielsweise Newton sie durchführt. Er sieht die Natur immer als Ganzes, Unzerlegbares, dessen wahres Wesen nur in der "subjektiven Berührung mit der Natur" erkannt werden könne. Auch bedient er sich nicht der mathematischen Verfahren und der wissenschaftlichen Methodik, denn diese Vorgehensweisen sind seiner Meinung nach unvereinbar mit natürlichen Phänomenen.

Die Zimmer in Goethes Haus in Weimar sind in unterschiedlichen Farben ausgemalt. Unwillkommene Gäste erhalten ein blaues Zimmer, um sie zu einer schnelleren Abreise zu veranlassen. Goethe selbst arbeitete er in einem grünen Gartenzimmer (denn er erachtet Grün als die Farbe der Sensibilität und des Gleichgewichts in der Mitte des Spektrums) und speiste in einem in warmem Gelb gehaltenen Esszimmer (denn Gelb ist für ihn die Farbe nächst dem Sonnenlicht).

Und in seiner letzten Stunde verlangt Goethe: “Mehr Licht.”

Auf Goethes Farbenlehre basiert schlussendlich auch die "moderne" Farbtherapie (Colortherapie, Chromotherapie) der Wohlstandsgesellschaft, die in 20. Jahrhundert durch diverse Heilpraktiker vielfältig und widersprüchlich aufbereitet worden ist.

Goethes Kampf gegen die Optik des englischen Physikers Newton (1643-1727) trägt Züge einer gigantischen Donquichotterie: "Auf alles, was ich als Poet geleistet habe, bilde ich mir gar nichts ein. Dass ich aber in meinem Jahrhundert in der schwierigen Wissenschaft der Farbenlehre der einzige bin, der das Rechte weiß, darauf tue ich mir etwas zugute" sagt er selbstgefällig am 19.2.1829 zu Eckermann.

Newtons naturwissenschaftliche Vorgehensweise wird von Goethe aufs Heftigste kritisiert, da sie im krassen Gegensatz zu seiner Forderungen von der "Einheit der Natur" steht.

Sir Isaak Newton hatte festgestellt, dass das weiße Licht und die Mehrheit der Farben in Wirklichkeit eine Mischung der Strahlen unterschiedlicher Grundfarben sind. Das Experiment dazu sieht folgendermaßen aus:

Newton bohrt ein Loch in den Fensterladen, bündelt den schmalen durchtretenden Sonnenstrahl mittels einer Linse und stellt ein Prisma in den Weg des Strahls. Er beobachtet einen länglichen Streifen in leuchtenden Farben und keinen runden, weißen Fleck. Der Farbstreifen stuft sich in Rot, Orange, Gelb, Grün, Blau, Indigo und Violett mit allen Zwischentönen. Dieses erste "Spektroskop" liefert den Beweis der Tatsache, dass "weißes" Licht aus Strahlen unterschiedlicher Farben mit unterschiedlicher Brechbarkeit zusammengesetzt ist. Goethe nennt diesen Versuch nur eine "Komplikation" und ein "Gespenst", das Prisma "verfärbe" und "verfälsche" die Farben "irgendwie".

Gegen die naturwissenschaftlichen Zergliederer und die mathematischen Erbsenzähler setzt Goethe sein Konzept der Gesamtsicht. Dass weißes Licht, wie Newton lehrt, aus allen Farben bestehe, scheint ihm wie die Besudelung des Reinsten, was man sich denken kann. Und als er eines Tages durch Newtons Hauptbeweisstück, das Prisma, eine weiße Wand anschaut und nichts als Weiß sieht, da erwacht in ihm lutherischer Zorn auf die "herrschende Kirche" der Physiker, so sagt er jedenfalls am 1. 2. 1831 zu Zelter. Denn Goethe meint, dass es sich genau umgekehrt verhält, denn die Farben sind "Trübungen" des weißen Lichts durch verschiedene Medien in der Luft. In zahllosen Experimenten versucht er seine fest vorgefasste Meinung zu belegen.

Schließlich holt Goethe 1810 mit dem Werk "Zur Farbenlehre" zum finalen Schlag gegen die verhassten Newtonianer aus. Doch kann er die Physiker nicht überzeugen, denn außer den Teilen über die Physiologie des Auges und zur Geschichte der Farbenlehre hat darin nichts wissenschaftlichen Rang. Trotzdem ist in diesem Werk vieles an den Beobachtungen großartig und natürlich in perfekter Ausdrucksweise geschrieben.

Die allgemeine Ablehnung, auf die Goethe mit seiner Farbenlehre stößt, provoziert ihn zu rüden Ausfällen, deren Haltlosigkeit manchmal den Verdacht aufkommen lässt, dass er sich insgeheim davor fürchtet sich ordentlich verrannt zu haben.