Die Gegenfarbentheorie besagt, dass das Farbsehen auf gegensätzlichen Farbwahrnehmungspaaren beruht: Rot-Grün, Blau-Gelb und Schwarz-Weiß. Die Stimulation eines Farbwahrnehmungspaares hemmt das andere.

Ewald Hering schlug diese Idee ursprünglich vor, um Phänomene zu erklären, die die Dreifarbentheorie nicht ohne Weiteres erfassen konnte, wie etwa komplementäre Nachbilder und die Tatsache, dass bestimmte Farbkombinationen (rötlich-grün, bläulich-gelb) nie wahrgenommen werden. Die moderne Physiologie hat im visuellen System sogenannte Gegenfarbenzellen identifiziert, die bei einer Farbe ihre Aktivität erhöhen und bei der Komplementärfarbe verringern. Die Theorie greift nach der initialen Drei-Zapfen-Phase und reorganisiert die Zapfensignale in Gegenfarbenkanäle.

Nachbilder liefern alltägliche Belege. Betrachtet man eine rote Fläche und anschließend einen neutralen Hintergrund, entsteht ein grünes Nachbild, was mit der Reflexion des Komplementärfarbenpaares übereinstimmt. Dieselbe Logik gilt für die anderen Paare. Die Komplementärfarbentheorie und die Dreifarbentheorie werden heute als komplementäre Beschreibungen aufeinanderfolgender Stufen der Farbverarbeitung betrachtet.

Wenn die Aktivität einer Farbe die Aktivität ihrer Komplementärfarbe unterdrückt, beschreibt die Gegenfarbentheorie diesen Mechanismus.