Có hai cách để nhận biết màu sắc của chiếc váy trong hình ảnh:

Nguyên nhân chiếc váy gây ra những nhận thức màu sắc trái chiều vẫn chưa có lời giải đáp thống nhất.[34] Giá trị RGB trung bình của hai màu rõ nhất trong hình ảnh chiếc váy có tên gần đúng là "Goldenrod" (vàng Solidago – (218, 165, 32)) và "Light steel blue" (xanh thép nhạt – (176, 196, 222)), nhưng màu sắc mà mỗi người nhìn thấy trong hình ảnh có thể khác nhau.[35] Nhà khoa học thần kinh Bevil Conway và Jay Neitz tin rằng điều này là do nhận thức màu sắc và khả năng thích ứng màu của con người. Conway cho rằng nó liên quan đến cách mà bộ não xử lý các sắc độ của ánh sáng ban ngày: "Hệ thống thị giác của bạn nhìn vào thứ này, và bạn đang cố gắng loại bỏ độ lệch màu của ánh sáng ban ngày ... người ta hoặc bỏ màu xanh lam, khi đó họ thấy màu trắng và vàng, hoặc bỏ màu vàng, vì vậy họ thấy màu xanh lam và đen".[36][37] Neitz phát biểu:

Hệ thống thị giác của chúng ta được thiết kế để loại bỏ những thông tin về nguồn sáng và tập trung vào màu sắc phản xạ thực tế của vật thể ... nhưng tôi đã nghiên cứu về sự khác biệt của thị giác màu của mỗi người trong 30 năm, và đây là một trong những khác biệt lớn nhất mà tôi từng thấy.[36]

Paul Knox từ Đại học Liverpool cũng đề ra những giả thuyết tương tự khi cho rằng cách bộ não xử lý màu sắc có thể bị ảnh hưởng bởi thiết bị xem ảnh hoặc kỳ vọng của người xem.[38] Anya Hulbert và cộng sự cũng nghiên cứu vấn đề theo hướng nhận thức màu và cho rằng sự khác biệt về nhận thức của mỗi người là do sự khác biệt về cách ổn định màu sắc.[39][40]

Ảo giác bàn cờ đánh lừa màu sắc tương tự như hình ảnh chiếc váy. Ô A và B có màu giống nhau, nhưng phần đổ bóng khiến cho nhận thức màu của ô B bị sai lệch.

Nhà khoa học thần kinh và tâm lý học Pascal Wallisch phát biểu rằng mặc dù hiện tượng kích thích mơ hồ vốn đã được khoa học thị giác nghiên cứu nhiều năm, nhưng đây là lần đầu tiên một kích thích màu sắc thu hút sự chú ý của giới khoa học thông qua mạng xã hội. Sự khác biệt trong nhận thức được cho là do sự khác biệt về ánh sáng và chất liệu của vải, nhưng ông cũng lưu ý rằng kích thích này rất bất thường vì nhận thức của mọi người hầu như không thay đổi, nếu có thì cũng chỉ xảy ra sau một khoảng thời gian rất dài. Điều này rất hiếm đối với các kích thích ổn định đôi (bistable), vì vậy nhận thức qua học tập có thể đóng một vai trò quan trọng.[41][42] Wallisch cũng nhấn mạnh rằng những thảo luận về bức ảnh này không hề tầm thường, vì nó vừa đáng quan tâm với khoa học, vừa là một ví dụ điển hình cho việc những người khác nhau thật sự có thể nhìn nhận thế giới theo những cách khác nhau.[43] Daniel Hardiman-McCartney từ Hội Nhãn khoa (College of Optometrists) nói rằng hình ảnh chiếc váy là mơ hồ, và đề xuất rằng ảo ảnh xảy ra là do có một nguồn sáng vàng mạnh chiếu vào chiếc váy, và con người nhận thức màu sắc của chiếc váy và nguồn sáng bằng cách so sánh nó với những vật thể và màu sắc khác trong bức ảnh.[44] Nhà triết học Barry C. Smith so sánh hiện tượng này với ảo ảnh thỏ–vịt của Ludwig Wittgenstein; trong trường hợp này, người xem có thể thay đổi góc nhìn khác dễ dàng.[45]

Journal of Vision, một tạp chí khoa học về nghiên cứu thị giác, thông báo vào tháng 3 năm 2015 rằng họ sẽ xuất bản một ấn phẩm đặc biệt với tiêu đề A Dress Rehearsal for Vision Science (Buổi thử đầm cho khoa học thị giác).[46][47] Ba tháng sau hiện tượng chiếc váy, Current Biology xuất bản bài nghiên cứu khoa học quy mô lớn đầu tiên liên quan đến chiếc váy. Bài nghiên cứu có sự tham gia của 1.400 người, trong đó 57% thấy chiếc váy màu xanh lam và đen, 30% thấy trắng và vàng, 11% thấy xanh lam và nâu, và 2% thấy màu khác.[48] Phụ nữ và người già có tỷ lệ thấy màu vàng–trắng cao hơn. Nghiên cứu cũng cho thấy, khi nhìn chiếc váy dưới ánh sáng vàng nhân tạo, gần như tất cả người tham gia đều thấy màu xanh và đen, trong khi dưới ánh sáng xanh, họ thấy màu trắng và vàng.[37][48][49][50] Một nghiên cứu khác của Pascal Wallisch trong tờ Journal of Vision cho thấy những người dậy sớm có xu hướng cho rằng chiếc váy được chiếu dưới ánh sáng tự nhiên và thấy màu trắng và vàng, còn những người thức khuya thấy màu xanh lam và đen.[51][52]

Một nghiên cứu bởi Schlaffke và cộng sự cho thấy đối với những người thấy chiếc váy màu vàng và trắng, phần thùy trán và thùy đỉnh của bộ não hoạt động nhiều hơn. Những khu vực này có vai trò quan trọng cho các hoạt động nhận thức cấp cao trong nhận thức thị giác.[53][54]