لبخند مونالیزا توجه همیشگی همگان را به خود جلب کرده است. زیگموند فروید آن را تعبیر به میل اروتیکی لئوناردو نسبت به مادرش قلمداد کرده است اما برخی دیگر لبخند را بی گناه و درعین حال وسوسه کننده دانسته اند.

اما از نظر گاه علمی نظریه های متفاوتی وجود دارد.در سال 2005 محققان هلندی  بر اساس تئوری های شبکه های عصبی و هم چنین آلگوریتم های "پردازش تصویر"، تحقیقی جامع در باره مونالیزا صورت دادند. اینان به این نتیجه رسیده اند که مونالیزا 83 درصد خوشحال، 9 درصد بیزار، 6 درصد ترسیده  و 2 درصد عصبانی بوده است! این گروه از ده زن مدیترانه ای که نسبی اشرافی داشته اند سود جسته اند. بدین ترتیب که تصاویر معیار، بر اساس بیان نورولوژیکی احساسات و در شش حالت، خوشحالی، هیجان، عصبانیت، بیزاری، ترس و ناراحتی از اینان ثبت شده  وسپس با تصویر لبخند مونالیزا ( که البته  به پیکسل های بسیار ریز و  سیاه و سفید تبدیل شده بوده ) مقایسه شده است.

اما به زعم پروفسور Margaret Livingstone ، توزیع فضائی فرکانس های لبخند ( بر اساس بسط فوریه)، در بازه ی فرکانسی پائین قرار می گیرد. بنابراین بهترین شکل مشاهده اثر این است که مستقیما به چشمان مونالیزا نگاه شود و برای احساس لبخند،  از بینایی پیرامونی استفاده شود. به همین دلیل است که شاید شنیده  باشید که  عده ای اظهار داشته اند که به هیچ وجه لبخندی را بر لب مونالیزا ندیده اند! روشن است که اینان به طور مستقیم به لبان او توجه کرده اند!

اما Dina Goldin  نظری دیگر دارد. او گفته است که راز لبخند مونالیزا در حقیقت،  به پویایی موقعیت عضلات صورت ربط پیدا می کند. چرا که تمام جزئیات چهره رسم نشده است و این مغز است که ناآگاهانه آن را توسعه داده و کامل می کند. این چنین خیال انگیزترین لبخندها، در ذهن هر بیننده و آن نیز به شکل شخصی نقش می بندد. انگار هر کس به لبخند نگار خود نگریسته باشد!