In questo modo una volta che l'intonaco si sia consolidato, il colore ne sarà completamente inglobato acquistando così particolare resistenza all'acqua e al tempo. Si compone di tre elementi che sono: supporto, intonaco, colore. Il supporto, di pietra o di mattoni deve essere secco e senza dislivelli. Prima della stesura dell'intonaco, viene preparato con l'arriccio, una malta composta da calce spenta o grassello, sabbia grossolana di fiume o, in qualche caso, pozzolana e, se necessario, acqua, steso in uno spessore di 1 cm circa, al fine di rendere il muro più uniforme possibile. L'intonaco (o "tonachino" o "intonachino") è l'elemento portante dell'intero affresco. È composto di un impasto fatto con sabbia fine, polvere di marmo, o pozzolana setacciata, calce ed acqua. Il colore, che è obbligatoriamente steso sull'intonaco ancora umido (da qui il nome, "a fresco"), è di natura minerale, poiché deve resistere all'alcalinità della calce. 

La principale difficoltà di questa tecnica è il fatto che non permette ripensamenti: una volta lasciato un segno di colore, questo verrà immediatamente assorbito dall'intonaco, i tempi stretti di realizzazione complicano il lavoro dell'affrescatore, la carbonatazione avviene entro tre ore dalla stesura dell'intonaco. Per ovviare a questo problema, l'artista realizzerà piccole porzioni dell'affresco (giornate). Eventuali correzioni sono comunque possibili a secco, ovvero mediante tempere applicate sull'intonaco asciutto: sono però più facilmente degradabili. Un'altra difficoltà consiste nel capire quale sarà la tonalità effettiva del colore: l'intonaco bagnato, infatti, rende le tinte più scure, mentre la calce tende a sbiancare i colori. Per ovviare al problema, è possibile eseguire delle prove su una pietra pomice o su un foglio di carta fatto asciugare con aria o vento di Scirocco ossia aria calda. 

Date le difficoltà tecniche di una buona esecuzione, questa tecnica pittorica è oggi in disuso, mentre nei secoli scorsi conobbe grande diffusione. In epoca paleo-cristiana e medioevale la preparazione del muro avveniva in modo rapido; la figurazione avveniva direttamente sulla preparazione: prima i contorni, in ocra, poi il riempimento, fino alle ombre. L'esecuzione delle varie parti era determinata dallo sviluppo dei ponteggi del cantiere; le diverse fasi di esecuzione dell'affresco (dette "pontate") sono determinabili dalle giunture pittoriche determinatesi allo spostamento del ponteggio.

In epoca romanica il lavoro delle maestranze di frescatori veniva svolto sempre per " pontate", ma la tecnica inizia a raffinarsi; viene introdotto l'uso di paglia, cocci, stoffa all'interno dell'impasto dell'arriccio e dell'intonaco, per mantenerne l'umidità e permettere un tempo di stesura pittorica maggiore. Le figure sono ancora stese con contorno ad ocra rossa, ma si comincia a riscontrare l'uso di collanti per i colori (albume, cera fusa, colla animale). Inoltre in alcuni casi è possibile rilevare la presenza di linee guida per la figurazione, tracciate sull'intonaco fresco. Nel XIV secolo la tecnica dell'affresco conosce in area centro e sud europea una grande diffusione.

Due importanti innovazioni sono introdotte dalle maestranze dell'epoca: l'uso del disegno preparatorio (la sinopia) e lo svolgimento del lavoro non più a pontate, ma a giornate. Con il Rinascimento, l'affresco conosce il momento di maggior diffusione. In area centro-italiana è abbandonato l'uso della sinopia (che in altre aree sarà invece usata fino alla fine del XVI secolo) e viene introdotto l'uso del cartone preparatorio. Nel XVII e nel XVIII secolo, il cambiamento del mercato dell'arte e dei rapporti di potere tra artisti e committenti si ripercuote anche sulle tecniche pittoriche quali l'affresco. La preparazione del supporto pittorico è sempre più raffinata.