В статье рассматриваются результаты многолетнего сотрудничества Лаборатории физико-химических исследований ГОСНИИР с Музеем имени Андрея Рублева по изучению музейной коллекции. Было исследовано более 100 икон. Более 10 икон, предположительно XVI – XVII вв., были признаны изготовленными в Новое время. Отдельные полученные данные позволили уточнить атрибуцию памятников московской коллекции. Установлена технология иконного письма «Одигитрии» 1480 г. мастера Дионисия. На основе этих данных было доказано исполнение «Успения» конца XV века в мастерской Дионисия, но другим художником. Подспорьем в отнесении иконы «Сергий Радонежский с клеймами жития» (ок. 1510 г.) авторству Феодосия послужил найденный в ее красочном слое искусственный познякит. Выявление технологических особенностей грузинской иконы «Богоматерь с Младенцем» позволило датировать икону началом XII в. Исследование 61 иконы иконостаса 1663 – 1670 гг. из Спасо-Евфимиева монастыря выявило подлинный колорит икон, а также было доказано исполнение икон праздничного ряда иконостаса московскими художниками в манере греческих мастеров XV – XVII вв.