I tabernacoli della Madonna della Tosse (1484) e della Visitazione (1491) vennero dipinti nella piena maturità stilistica di Benozzo Gozzoli, quando il pittore poteva ormai disporre di un bagaglio di conoscenze tecniche che andavano oltre quelle acquisite e tramandate dalle botteghe di pittura fiorentine coeve.

Già nel 1459 aveva dipinto la Cappella dei Magi in Palazzo Medici Riccardi a Firenze, usando una tecnica mista, che prevedeva l'uso dell'affresco, per poi terminare con ritocchi a tempera e finiture ad olio.

Per quanto riguarda gli affreschi dei due tabernacoli di Castelfiorentino, è difficile individuare con certezza le finiture a secco, essendo stata alterata la pellicola pittorica, a seguito dello strappo degli affreschi.

Tramite le analisi chimiche e lo studio degli intonaci sulla struttura muraria rimasti in loco, nel tabernacolo della Madonna della Tosse, possiamo ritenere che Benozzo abbia steso preliminarmente un arriccio di uno spessore di 6/8 mm, su cui eseguì i disegni preparatori (sinopie).

Infatti, nonostante fino ad oggi si ritenesse che in questo tabernacolo non fossero state eseguite le sinopie, ma solo cartoni preparatori, da alcuni saggi eseguiti nell'ottobre 2008, è stata rinvenuta una sinopia che rappresenta la Madonna che allatta il Bambino.

Successivamente il pittore applicava l'intonaco pittorico necessario per la giornata di lavoro, composto da calce e sabbia di fiume, ben tirato e battuto dello spessore di circa 5/7 mm.

Da un'attenta analisi a luce radente delle superfici pittoriche, è stato possibile individuare i giunti di sovrapposizione tra giornata e giornata, determinando così la successione di stesura dell'intonaco e il numero delle giornate di ogni scena.

Nella scena della parete di fondo, rappresentante la Madonna con Bambino e Santi, del tabernacolo della Madonna della Tosse sono state identificate 26 giornate, mentre nel tabernacolo della Visitazione, nella scena dell'Incontro di Gioacchino e Anna presso la Porta Aurea, sono emerse 15 giornat. Sicuramente i giorni effettivi di lavoro sono numericamente superiori, dovendo considerare il tempo impiegato per le finiture a secco.

Benozzo disegnava direttamente sull'intonaco fresco col pennello intriso di ocra verde, rossa o gialla diluita in acqua e, successivamente, chiaroscurava con verdaccio, secondo la tradizione fiorentina, così bene descritta da Cennino Cennini nel suo libro dell'arte e della pittura.

Il disegno preparatorio, ben chiaroscurato, è visibile dove sono cadute le parti terminate a tempera, (come nel particolare delle mani nella scena della morte della Madonna, oppure nella veste della Madonna nella finta pala d'altare della parete di fondo che doveva accogliere l'azzurrite applicata poi a tempera.

Si notano anche pentimenti di disegno, come il braccio sinistro di san Marco nel tabernacolo della Madonna della Tosse, eseguito in un primo momento più grande rispetto a quello definitivo.

Le architetture, gli archi prospettici che racchiudono le scene, le aureole, sono costruite con l'aiuto del cordino, del compasso e con incisioni dirette, o battitura della corda sull'intonaco fresco.

Non sono emerse tracce di cartoni, né di spolveri; tutte le figure e le decorazioni sono state disegnate e dipinte direttamente sull'intonaco fresco.

I pigmenti impiegati sono stati quelli comunemente usati per la pittura a fresco: ocre gialle, ocre rosse, terra verde, bianco San Giovanni, steso in alcuni casi molto materico; per gli azzurri le analisi chimiche hanno confermato che è stata usata l'azzurrite.

Per far risaltare le lumeggiature è stato fatto uso della biacca (sulle vesti gialle di Giovacchino e sugli Evangelisti Luca e Marco nel tabernacolo della Visitazione), che con il tempo si è scurita, diventando di colore marrone per ossidazione del bianco di piombo.

Le dorature delle aureole (di cui sono rimaste poche tracce), delle stelle e delle decorazioni, sono state eseguite con foglia d'oro applicata a missione.

Nei costoloni del tabernacolo della Madonna della Tosse la doratura, sui pistilli dei fiori, è stata applicata su una pastiglia di ceralacca, per ottenere un maggiore effetto del rilievo.

I risultati del restauro e le prime conclusioni delle indagini chimiche compiute, consentono di affermare che la tecnica pittorica è estremamente raffinata: per ottenere particolari valenze cromatiche e lumeggiature Benozzo non esitava a mescolare la più pura tecnica ad affresco con tempere, finiture particolari e dorature.