兵马俑坑出土的陶俑原来都是彩色的，出土时彩色大部分已经脱落，陶俑身上仅存斑驳残迹，残存颜色较多的个别俑色泽如新。通过对陶俑身上色彩的分析，可以大体了解秦俑各种服装色彩的特点，为研究秦代的服色及军服装备情况提供了宝贵的实物例证。
通过对已出土的陶俑身上服饰彩绘颜色的初步统计和分析得知，秦俑的服色种类很多，上衣的颜色有粉绿、朱红、枣红、粉红、粉紫、天蓝、白色、赭石色等，领、袖、襟边等处还镶着彩色边缘。裤子的颜色一般为粉绿色，还有红色、天蓝、粉紫、白色等。总之，秦俑的服色色彩艳丽，但没有统一颜色。在众多的颜色中，粉绿、朱红、粉紫、天蓝四种颜色使用的最多，因此这四种颜色应该是秦俑服饰的主要色彩。
化验表明这些颜色均为矿物质。红色由辰砂、铅丹、赭石制成。绿色为孔雀石，蓝色为蓝铜矿，紫色为铅丹与蓝铜矿合成，褐色为褐铁矿，白色为铅白和高岭土，黑色为无定形炭。这些矿物质都是中国传统绘画的主要颜料。秦俑运用了如此丰富的矿物颜料，表明2000多年前中国劳动人民已能大量生产和广泛使用这些颜料。这不仅在彩绘艺术史上，而且在世界科技史上都有着重要意义。
从俑坑出土陶俑的服色看，官吏与一般战士的服色无明显区别，不同兵种之间的服色也没有区别。因此，可以说秦代各兵种都没有专有的服色，而且每一兵种中的众多成员的服色也是多种多样而没有统一的颜色规定。
这种情况一直延续到西汉初年。这是因为，虽然旧的制度摧毁了，但新的封建制的服饰等级制度尚未完全确立起来，因而从战国经秦王朝直到西汉初年，在衣服的颜色和质地等方面都表现出了多样性的特点，各等级人们之间在服色和衣服质地上并无严格的等级限制，这一历史时期的特点也反应在了兵马俑身上。
秦俑彩绘技术也有许多独到之处。一般在彩绘之前对陶俑表面先进行处理。由于陶俑是没有釉的素陶，具有较多的毛细孔，表面不能滑润。而彩绘则要求毛细孔不易太多，也不能太少，表面不易太滑，也不能太涩。为了达到这一要求，陶俑在烧造之前表面似用极细的泥均匀涂抹，并加以压光，减少了毛孔，又提高了光洁度，同时在陶俑烧造之后，似进行了化学物理处理。
从陶俑陶片断面观察，也证明了陶俑烧造之前表面曾用细泥涂抹，有的部位不只涂抹一次，陶俑表面还涂有一层薄薄的类似以胶质的物质，表面涂胶减少了陶俑两者紧密地粘接起来，使之彩绘不易脱落。彩绘技法则是根据不同部位采取不同的方法。一般陶俑的颜面、手、脚面部分先用一层赭石打底，再绘一层白色，再绘一层粉红色，尽量使色调与人体肤色接近。
而袍、短裤、鞋等处的彩绘则是采取平涂一种颜色，只是在衣袖与袖口、甲片与连甲带之间运用不同的色调作对比，更显示出甲衣的质感。有些胡须、眼眉的处理，则是用黑色绘成一道道细细的毛发。
总之，彩绘工序复杂，手法多样，着色讲究，充分显示了彩绘的层次和质感，使雕塑与彩绘达到相得益彰的艺术效果。其中有些彩绘技法为汉代所继承。陶俑、陶马彩绘严格模拟实物，但在色调的掌握上以暖色为主，很少使用冷色。红、蓝、绿等色调的使用，巧妙地表现出秦军威武。
