色球层的亮度比光球层微弱得多，也比白昼天空背景暗弱。平时，用普通光学望远镜只能观测到光球，无法观测色球。如果在望远镜的光路中加一具双折射滤光器，只透射色球谱线的窄带（带宽0.25～0.75埃）单色光，在成像焦面上便得到色球的单色像，既可以用目视，也可以用照相方法观测。常用来观测色球的谱线是氢线（6563埃）和电离钙线（3934埃）。太阳巡视用的色球望远镜，物镜口径一般为10～20厘米，太阳像直径约2厘米，通过CCD记录全部日面资料；观测色球层精细结构的望远镜，物镜口径一般大于25厘米，太阳像直径10厘米以上，通常只观测日面局部像。有的色球望远镜上还附有普通的望远镜，以便同时观测光球。