CIE 1931-XYZ 色彩空间
在颜色感知的研究中，CIE 1931 XYZ色彩空间（也叫做CIE 1931色彩空间）是其中一个最先采用数学方式来定义的色彩空间，它由国际照明委员会（CIE）于1931年创立。
CIE XYZ色彩空间是从1920年代后期W. David Wright（Wright 1928）和John Guild（Guild 1931）做的一系列实验中得出的。他们的实验结果合并到了CIE RGB色彩空间的规定中，CIE XYZ色彩空间再从它得出。
规定(X)，(Z)两原色只代表色度（颜色中红色和蓝色的比例），没有亮度。光度量只与三刺激值(Y) 成比例。XZ 线称为无亮度线。
新的三原色(X)，(Y)，(Z)连成的三角形要包含光迹曲线。
光谱轨迹从 540nm 附近至 700nm，在 RGB 色品图上基本是一段直线，用这段线上的两个颜色相混合可以得到两色之间的各种光谱色，新的 XYZ 三角形的 XY 边应与这段直线重合，因为在这段线上光谱轨迹只涉及(X)原色和(Y)原色的变化，不涉及(Z)原色。
三色刺激值
人类眼睛有对于短（S, 420-440nm）、中（M, 530-540nm）和长（L, 560-580nm）波长的光感受器（称为视锥细胞，需要注意的是，人类尚有一单色的夜视光感测器---视杆细胞---其最敏感的感知频谱范围约在490-495nm）。因此，根据三种视锥细胞的刺激比例，便能描述任一种颜色的感觉，此称为LMS空间。
色彩空间指的是用一种客观的方式叙述颜色在人眼上的感觉，通常需要三色刺激值。更精确地说，首先先定义三种主要颜色（primary color），再利用颜色叠加模型，即可叙述各种颜色。需要注意的是，三种主要颜色未必需要是真正的颜色（也就是该种颜色无法真的被创造出来）。
在三色加色法模型中，如果某一种颜色和另一种混合了不同分量的三种原色的颜色，均使人类看上去是相同的话，我们把这三种原色的分量称作该颜色的三色刺激值。CIE 1931色彩空间通常会给出颜色的三色刺激值，并以X、Y和Z来表示。
色彩空间是指任何一种替每个颜色关联到三个数（或三色刺激值）的方法，CIE 1931色彩空间就是这种色彩空间之一。但是CIE XYZ色彩空间是特殊的，因为它是基于人类颜色视觉的直接测定，并充当很多其他色彩空间的定义基础。
在CIE XYZ色彩空间中，三色刺激值并不是指人类眼睛对短、中和长波（S、M和L）的反应，而是一组称为X、Y和Z的值，约略对应于红色、绿色和蓝色（但要留意X、Y和Z值并不是真的看起来是红、绿和蓝色，而是从红色、绿色和蓝色导出来的参数），并使用CIE 1931 XYZ颜色匹配函数来计算。两个由多种不同波长的光混合而成的光源可以表现出同样的颜色，这叫做“同色异谱”（metamerism）。当两个光源对标准观察者（CIE 1931标准色度观察者）有相同的视现颜色的时候，它们即有同样的三色刺激值，而不管生成它们的光的光谱分布如何。
CIE xy色度图
因为人类眼睛有响应不同波长范围的三种类型的颜色传感器，所有可视颜色的完整绘图是三维的。但是颜色的概念可以分为两部分：明度和色度。例如，白色是明亮的颜色，而灰色被认为是不太亮的白色。换句话说，白色和灰色的色度是一样的，而明度不同。
CIE Yxy色彩空间故意设计得Y参数是颜色的明度或亮度的测量。颜色的色度接着通过两个导出参数x和y来指定，它们是所有三个三色刺激值X、Y和Z的函数所规范化的三个值中的两个：
CIE 1931色彩空间色度图。外侧线边界是光谱（或单色）光轨迹，波长用纳米标记。注意描绘的颜色依赖于显示这个图象的设备的色彩空间，没有设备能有足够大色域来在所有位置上提供精确的色度表现。
色度图展示了CIE XYZ色彩空间一些有趣性质：
色度图展示了对一般人可见的所有色度。这个用颜色展示的区域叫做人类视觉的色域。在CIE绘图上所有可见色度的色域是用颜色展示的马蹄铁形状。色域的曲线边界叫做“光谱轨迹”并对应于单色光，波长用纳米标记。色域底下的直线边界叫做“紫线”，这些颜色尽管在色域的边界上，但没有匹配的单色光。更少饱和的颜色位于图形内部而白色位于中央。
所有可见色度对应于x、y和z的非负值（因此对应于X、Y和Z的非负值）。
如果你在色度图上选择了任何两点，则位于这两点之间直线上任何颜色都可以用这两个颜色混合出来。这得出了色域的形状必定是凸形的。混合三个光源形成的所有颜色都可以在色度图内的源点形成的三角形内找到（对于多个光源也如是）。
两个同等明亮颜色的等量混合一般不位于这个线段的中点。用更一般术语说，在xy色度图上距离不对应于两种颜色之间的差别程度。设计了其他色彩空间（特别是CIELuv和CIELab）来满足这个问题。
给定三个真实光源，这些光源不能覆盖人类视觉的色域。几何上说，在色域中没有三个点可以形成包括整个色域的三角形，更简单的说，人类视觉的色域不是三角形。
平直能量频谱的光对应于点 (x,y) = (1/3,1/3)。
x，y为新系统的色品坐标，其值为：
靠近波长末端 700-770nm 光谱波段具有一个恒定的色品值，故在色品图上只由一个点来代表。
光谱轨迹 540-700nm 段是一条与 XY 边基本重合的直线。在这段光谱范围内的任何光谱色都可通过 540nm 和 700nm 两种波长的光以一定比例相加混合产生。
光谱轨迹 380-540nm 段是曲线，在此范围内的一对光谱色的混合不能产生二者之间位于光谱轨迹上的颜色，而只能产生光谱轨迹所包围面积内的混合色。光谱轨迹上的颜色饱和度最高。图上越靠近等能白点E 点的颜色饱和度越低。
连接色度点 400nm 和 700nm 的直线称为紫红轨迹，也称紫线。因为将 400nm 的蓝色刺激与 700nm 的红色刺激混合后会产生紫色（也就是说紫色和红色之间还有已知的颜色，而不是断裂的）。
Y=0 的直线（XZ）与亮度没有关系，即无亮度线。光谱轨迹的短波段紧靠这条线，意味着短波端的光虽然能够引起标准观察者的反应，但 380-420nm 波长在视觉上引起的亮度感觉很低。
曲线内包含的色彩是我们人眼全部能感知的色彩。
曲线是三维曲线，我们看到的是其在x，y平面上的投影。