Les deux grandes techniques de la peinture d’icônes, toutes deux héritées de l’Antiquité, sont l’encaustique et la détrempe. La première, qui consiste à mélanger les pigments colorés à de la cire chauffée, fut surtout utilisée aux VIe et VIIe siècles. elles sont assez proches des peintures funéraires d’Égypte telles que nous les connaissons par les Portraits du Fayoum.
À partir du VIIIe siècle, c’est la détrempe, qui utilise des couleurs délayées dans de l’eau additionnée d’œuf, qui devient la technique habituelle de la peinture d’icônes.
L’icône est réalisée sur une planche de bois exempte de nœud, la doska. Tous les bois peuvent théoriquement être utilisés pour confectionner les planches, à condition d’être bien secs. En conséquence, durant des siècles, l’iconographe (généralement un moine) utilisa le bois qu’il trouvait dans les environs. Le tilleul semble le plus adéquat : très homogène et tendre, il fend peu. En outre, il se révèle facile à travailler. Mais selon les régions des bois différents sont utilisés; dans les pays méditerranéens: le cyprés, le platane, le chêne, le palmier. En Russie et dans les Balkans, le tilleul, le bouleau le chêne, le frêne; le hêtre et au Nord le bois de sapin. La plupart du temps le bois est légèrement creusé dans la partie qui recevra l’image peinte.
Sur le fond, on étend à chaud de la colle de peau, puis une toile appelée pavoloka dont la finesse dépend de la richesse de l’icône.
Cette toile est ensuite recouverte par plusieurs couches d’un mélange de colle et de poudre d’albâtre appelée « levkas » ou « gesso » qui, après séchage, est poncé pour obtenir une surface lisse et uniforme.
Sur la doska préparée, l’iconographe reporte le dessin de l’icône en suivant scrupuleusement les indications fournies par les maîtres et en s’aidant de modèles existants. Les traits du dessin sont ensuite légèrement gravés dans le levkas.
On applique ensuite, sur un enduit rougeâtre, le fond or, avant que ne commence la peinture proprement dite.
Vient l’étape de la peinture, réalisée à partir de pigments naturels minéraux (ocres, oxydes métalliques…) ou animaux (noir d’ivoire…). Les pigments mélangés à du jaune d’œuf et de l’eau sont déposés au pinceau (technique dite de la « tempera »), en commençant par les teintes les plus sombres puis en éclaircissant. Pour les parties du corps visibles (visage, mains…) l’iconographe pose d’abord un fond ocre sombre (le « proplasme ») à partir duquel il fait ressortir les traits.
Les icônes comportent généralement des indications écrites précisant la personne ou le thème représenté. Enfin, l’icône est protégée par une préparation à base d’huile de lin (l’Olifa).
L’icône a parfois reçu un revêtement de métal précieux (argent ou argent doré), travaillé au repoussé et décoré d’ornements floraux, de bustes de saints en médaillons ou de petites scènes et rehaussé parfois d’émaux ou de pierreries. Il peut être limité à l’encadrement ou couvrir tout le fond, voire toute la surface de l’icône, à l’exception du visage.