Restauravimo darbus galima pradėti tik atlikus polichrominius tyrimus, t.y. ištyrus visus dažymo sluoksnius ir nustačius, kurie iš jų yra vertingi, meniniu bei istoriniu atžvilgiu.
Istoriniai pastatai tiek interjeruose, tiek fasaduose buvo puošiami tapyba arba polichrominiu dekoru, tai daugiausiai priklausė nuo vyravusios tuo laikotarpiu mados ar meno tendencijų, taip pat nuo pastato paskirties. Skirtingi puošybos elementai galėjo būti religinės ar pasaulietinės, gyvenamųjų pastatų interjeruose bei eksterjeruose. Tapybiniu dekoru, medžio, marmuro imitacija ar trafaretine tapyba, buvo dekoruojami lipdiniai, sienos, lubos, durys ir kitos interjero įrangos detalės. Kiekvienas elementas buvo kruopščiai apgalvotas ir suderintas su visa dekoro koncepcija ir spalvine kompozicija. Tačiau laikui bėgant keitėsi, mados, savininkai ar santvarkos, kiekvienas naujas pokytis dažniausiai uždėdavo dar vieną dažų sluoksnį, todėl Lietuvoje išlikusi sienų tapyba slepiasi po daugeliu vėlesnių uždažymo sluoksnių.
Prieš pradedant kiekvieną restauravimo projektą restauratorius gilinasi į objekto istoriją ir studijuoja išlikusią ikonografinę informaciją. Tai gali būti ir visai nereikšmingos paveldo požiūriu nuotraukos, tokios kaip kelių draugų nuotrauka, kolūkio kontoros ar kultūros namų fone. Tačiau specialisto akį greičiau patrauks ne simpatiškos jaunų žmonių šypsenos ar gėlių puokštė, o architektūros detalė, kuri gali papasakoti apie buvusius dekoro elementus ir jų stilistiką. Idealu jei įmanoma pasinaudoti archyvine ar anksčiau atliktų tyrimų medžiaga. Dažnu atveju vertingos istorinės medžiagos pateikia ir vietiniai gyventojai pateikdami ne tik senų nuotraukų ar senų buities daiktų, bet ir perpasakodami girdėtus amžininkų pasakojimus.Visas smulkmenas tyrėjas tarsi detektyvas bando sudėlioti į vieną paveikslą.
Šie tyrimai yra ypatingai svarbūs prieš pradedant bet kokius rekonstravimo ar projektavimo darbus istoriname pastate. Išlikusi originali tapyba suteikia architektūrai savitą veidą, istorinę ir meninę vertę, o nežinant, sunaikinti jį galima labai greitai. Prieš uždažant, tapytos sienos ar lubos dažnai būdavo skutamos, glaistomos ir pertinkuojamos. Todėl neretai nutinka taip, kad polichrominio dekoro fragmentas išlikęs tik tam tikroje vietoje, o sunaikinus ir jį, netenkama bet kokios galimybės atkurti patalpos autentišką vaizdą.
Polichrominių tyrimų metu nustatomi tapybos išlikimo laipsnis ir apimtys, jos atlikimo technika, laikotarpis, spalvinė gama. O tiksliai surinkti duomenys suteikia galimybę atkurti pirminio interjero dekoro visumą.
Kartais tyrimų metu dėl laiko stokos arba sunkiai pasiekamų vietų nepavyksta aptikti visų dekoro detalių, todėl sėkmingiausi darbai yra tie, kai specialistas atlikęs polichromijos tyrimus gali toliau gilintis ir tęsti juos restauravimo metu.