莫高窟和榆林窟同属敦煌石窟艺术体系,两处石窟共保存有多个朝代的777个洞窟,约50000m~2壁画和2500多身彩塑像,是中国优秀的文化遗产。特别是莫高窟以保存规模巨大的壁画闻名于世,为研究中国美术史、音乐舞蹈史、服饰、少数民族文字、古代科技提供了丰富的资料,被称为“墙壁上的博物馆”,具有很高的研究价值。两处石窟保存有一定数量的元代壁画,这些壁画风格独特,具有显明的艺术特征和极高的研究价值。本论文通过自然科学的研究方法对两处石窟元代壁画样品进行分析和比较研究,揭示了其在制作材料和工艺上的特征。研究表明,敦煌石窟元代壁画使用的颜料为中国传统矿物颜料,和敦煌石窟其它时代壁画中使用的颜料具有很大的相似性,说明元代壁画中使用的颜料继承了以前的绘画材料。颜料层工艺上总体比较接近,但还是存在一定差别。元代壁画的白粉层在绘画工艺上比较接近,但白粉层中白色颜料的组成成分差别较大,同一洞窟壁画白粉层组成成分接近,不同洞窟壁画白粉层组成差异较大。敦煌石窟元代壁画表层地仗有三种形式,其中以莫高窟第95窟的地仗最为特殊。敦煌石窟元代壁画地仗特征主要表现在其表层,含沙量高或红色细泥层的使用是元代壁画最显著的特征,这个明显的特征可以作为区别元代壁画和其它时代壁画的判断依据。综合来看,敦煌石窟元代壁画与其它时代壁画比较,在制作材料和工艺上,特别是地仗表层的材料和工艺上具有明显的特点。元代壁画之间既有相同性,又有差异性。莫高窟第95窟和榆林窟第27窟的壁画是敦煌石窟元代壁画中最具有特点的壁画,在材料和工艺上有极大的特殊性。