Sul muro ben asciutto viene steso un primo strato di intonaco, composto da una parte di calce e due o tre parti di sabbia a grana grossa, detto arriccio. Sull'arriccio il pittore traccia un disegno sommario d'insieme, in genere con terra rossa, detta sinopia (proveniente da Sinope, località sul Mar Nero).
Per una definizione particolareggiata delle immagini l'artista si serve dei cartoni, ovvero di veri e propri disegni su carta, i cui tratti principali sono trasferibili a ricalco sull'intonaco fresco con due metodi:
a. Incisione: premendo una punta sulla carta, così da imprimere il disegno sull'intonaco sotto forma di solchi leggeri.
b. A spolvero: trasferendo il disegno sull'intonaco con linee punteggiate, ottenute facendo dei fori sui tratti del disegno e spolverando sopra della polvere di carbone. Una volta riportato il disegno, viene steso sull'arriccio uno strato di intonaco liscio, composto da sabbia fine, polvere di marmo e calce in parti uguali, detto tonachino, di dimensione adeguata al lavoro che il pittore può fare in una giornata, perchè deve rimanere fresco, e così via di giorno in giorno.
L'artista, per mantenere le proporzioni, riproduce rapidamente a memoria la sinopia sottostante, che sparisce sotto l'ultimo intonaco.

L'uso di dipingere sull'intonaco fresco non fu dettato tanto da una esatta conoscenza chimica dell'affresco, quanto dall'esigenza pratica di scorrimento del pennello con i colori mescolati con sola acqua.
Le doti di stabilità e resistenza dell'affresco derivano dall'inglobamento dei colori nella superficie dura e uniforme di carbonato di calcio che si forma sulla superficie dell'intonaco con la reazione tra l'anidride carbonica dell'aria e l'idrossido di calcio della calce.

Fino al XIII secolo si procedeva a pontate: le zone da dipingere venivano definite dall'impalcatura.
Si deve a Giotto ed alla sua cerchia l'introduzione della divisione a giornate, con cui il pittore può scegliere ogni giorno la parte da eseguire, seguendo le linee di contorno dell'immagine.
L'artista deve possedere una tecnica molto rapida e sicura, tale da lasciargli prevedere il risultato finale dell'insieme e l'esatta tonalità che assumerà il colore una volta seccato, non essendo possibili pentimenti, ripassi, correzioni, a meno di non disfare l'intonaco della giornata.
Le correzioni e le rifiniture avvengono a secco, ma normalmente queste aggiunte sbiadiscono più rapidamente.

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