Przez długi czas naukowcy zastanawiali się w jaki sposób Leonardo da Vinci stworzył cienie na twarzy Giocondy. Eksperci od dłuższego czasu podejrzewali, że malarz stosował technikę Sfumato - od włoskiego słowa fumo, oznaczającego dym. Są to łagodne przejścia z partii ciemnych do jasnych, dający mgliste, "miękkie" efekty kolorystyczne. Trudno jednak było uzasadnić tę tezę. Philippe Walter próbował rozwiązać zagadkę przy pomocy fluorescencji rentgenowskiej, która umożliwia otrzymanie odpowiedzi dotyczących szczegółów grubości i chemicznego składu poszczególnych pociągnięć pędzla.
Okazało się, że artysta pomalował najpierw twarz Mona Lisy w podstawowych barwach ciała, następnie dopełnił ją około 30 cienkimi pociągnięciami glazury. Da Vinci użył także małych ilości pigmentów takich jak mangan i tlenek ołowiu. Dzięki zastosowaniu kilku cienkich warstw takiej glazury, udało się wydobyć oryginalne cienie na twarzy Giocondy. Artykuł opublikowany w „Angewandte Chemie International Edition” poświęcony cieniom, które tworzył Leonardo da Vinci sugeruje ponadto, że artysta był bardzo skupiony na recepturze glazury, której używał.
Eksperci wciąż nie są zgodni kogo sportretował da Vinci. Według jednej z teorii jest to właśnie Lisa Gherardini, żona florenckiego kupca. Zgodnie z inną teorią to Katarzyna Aragońska, księżna Mediolanu. Pojawia się także domniemanie, iż może być to sam autor, na co mogą wskazać komputerowe badania porównawczego obrazu z autoportretami układ nosa, oczu, podbródka i czoła. W 2003 roku badaczka z Harvardu, Margaret Livingstone stwierdziła, że patrząc Monie Lisie w oczy inaczej odbieramy jej uśmiech, który staje się wyraźniejszy. Patrząc z kolei na usta, uśmiech wydaje się niknąć.