Las líneas de mortero grises que separan las filas son en realidad perfectamente horizontales, pero el ojo las percibe inclinadas y convergentes. El efecto aparece porque cada fila de ladrillos claros y oscuros está desplazada medio ladrillo respecto a la anterior: las neuronas del córtex visual que detectan bordes reaccionan de forma distinta según estén junto a un ladrillo claro o uno oscuro, y esa diferencia de respuesta «tuerce» la línea gris que las separa.

El neuropsicólogo Richard Gregory la describió en 1979 tras observar los azulejos de un café de Bristol, de donde toma su nombre. Fue una de las primeras ilusiones geométricas en explicarse mediante el comportamiento de neuronas individuales sensibles a los bordes, en lugar de recurrir únicamente a explicaciones puramente perceptivas.

Todas las líneas gruesas de esta figura son estrictamente paralelas y horizontales; puedes comprobarlo tapando las líneas cortas con un papel. El pequeño rayado diagonal, que alterna de dirección en cada línea, engaña al sistema visual haciéndole sobrestimar el ángulo entre las diagonales y la línea principal, de modo que cada línea parece inclinarse en sentido contrario a su vecina.

El físico y astrofísico alemán Johann Karl Friedrich Zöllner la publicó en 1860 al notar el efecto en un patrón textil. Su carta describiendo el fenómeno se convirtió en uno de los estudios fundacionales sobre las llamadas «ilusiones de ángulo», que más tarde ayudaron a formular teorías sobre cómo el cerebro estima la orientación combinando información de bordes cercanos.

Los dos círculos rojos centrales miden exactamente lo mismo; puedes verificarlo con una regla en pantalla. El de la izquierda, rodeado de círculos grandes, parece más pequeño; el de la derecha, rodeado de círculos diminutos, parece más grande. El cerebro no juzga el tamaño de forma aislada, sino siempre en relación con el contexto inmediato, y ese contraste distorsiona la estimación.

Se atribuye al psicólogo alemán Hermann Ebbinghaus, pionero del estudio experimental de la memoria, aunque la ilusión se dio a conocer sobre todo a través de los escritos del psicólogo británico Edward Titchener a comienzos del siglo XX, razón por la que en inglés también se la conoce como «Titchener circles». Es una de las pruebas clásicas para estudiar la percepción de tamaño relativo.

En las intersecciones de las calles blancas que separan los cuadrados negros suelen aparecer manchas grises fantasma, que se desvanecen en cuanto se mira directamente a una de ellas. La explicación clásica apela a la «inhibición lateral»: las células de la retina que reciben más luz de fondo blanco a su alrededor (como ocurre en una intersección, rodeada de blanco por cuatro lados) inhiben más su propia respuesta que las situadas en medio de una calle recta, y esa diferencia se interpreta como una zona más oscura.

El fisiólogo alemán Ludimar Hermann la describió en 1870 mientras leía un texto sobre audición ilustrado, por casualidad, con una rejilla de este tipo. Durante más de un siglo se usó como ejemplo de libro de texto de la inhibición lateral en la retina, aunque estudios posteriores han demostrado que la explicación real es algo más compleja y depende también del procesamiento en la corteza visual.