En 1884, Seurat, Signac, Luce y otros, se asociaron con la intención de ir más allá del impresionismo y dar un fundamento científico al proceso visual y operativo de la pintura. Siguiendo las investigaciones de Chevreul, Rood y Sutton sobre las leyes ópticas de la visión y, especialmente, de los contrastes simultáneos o de los colores complementarios, los neo-impresionistas instauraron la técnica del puntillismo, consistente en la división de los tonos en sus componentes, es decir, en pequeñas manchas de colores puros, tan próximos que reproducen en el ojo del espectador la unidad del tono (luz-color) sin las inevitables impurezas del empaste. De hecho, no quieren hacer una pintura científica, sino instituir una ciencia de la pintura, presentar la pintura como ciencia autónoma. Es un intento de rescatar a la pintura de la condición de inferioridad y atraso en que la situaba el desarrollo tecnológico y la fotografía.
Seurat elabora y experimenta una teoría de la pintura, basada en la óptica de los colores, a la que corresponde una nueva técnica científicamente rigurosa. El problema central es la división del tono: dado que la luz es la resultante de la combinación de distintos colores (la luz blanca lo es de todos), el equivalente de la luz en la pintura tiene que resultar del conjunto de muchos puntitos de color que, al ser percibidos, recomponen la unidad del tono y dan la vibración luminosa. Si inicialmente, para Seurat, el problema consistía en la correlación entre el proceso pictórico y los procesos de visión considerados científicamente más exactos, con la intervención de Signac la investigación de ambos se orienta en el sentido de un relanzamiento del programa de los impresionistas, pero podado de todo lo que conservaba de romántico y replanteado en términos científicos. Nace,. Así, el neo-impresionismo, el primer movimiento que plantea la exigencia de la relación arte-ciencia.
Este cuadro de Seurat es un auténtico manifiesto del neo-impresionismo. Seurat trabaja sobre una temática impresionista: un día de sol y de fiesta en la orilla del Sena. Pero la elaboración es totalmente distinta: no hay notas captadas en vivo, ni sensaciones imprevistas, ni distracciones anecdóticas. El espacio es un plano, la composición está construida sobre horizontales y verticales, los cuerpos y sus sombras forman ángulos rectos. Los personajes son maniquíes geométricos puestos sobre la hierba como piezas de ajedrez, con un ritmo de intervalos calculado casi matemáticamente. Es lógico: si la luz no es natural, sino compuesta según una fórmula científica y, por tanto, perfectamente regular, también la forma que la luz toma al unirse con las cosas tiene que ser regular, geométrica. El espacio no está definido por una perspectiva euclídea y tiende a expandirse. Los cuerpos sólidos en este espacio-luz son formas geométricas curvas, moduladas según el cilindro y el cono; tienen un desarrollo volumétrico al que no corresponde un peso de masa; están hechos del mismo polvo multicolor que invade el espacio. Este espacio tiene sus proporciones que se expresan en relaciones de luz y color y no de tamaño y distancias. En realidad, la imagen que nos presenta es la de un mundo en el que todo -naturaleza y saociedad- está condicionado y configurado por la ciencia. Es la imagen de un ambiente plasmado por la mentalidad científico-tecnológica del hombre moderno. La gente es demasiado seria, la naturaleza, en la que los troncos son cilíndricos, el follaje esférico y ni un soplo de aire agita el agua del río, es demasiado educada. Es una sociedad de maniquíes y autómatas.
En las mujeres que pescan a orillas del Sena se ha querido ver a unas prostitutas que utilizan la caña y el sedal como tapadera de su verdadera actividad. Los soldados del fondo representan sus potenciales capturas. En el margen inferior izquierda encontramos a un rudo barquero recostado cerca de una dama de clase media (su delicado abanico resulta un tanto chocante detrás del corpulento remero). Al otro lado se sienta un atildado caballero con sombrero de copa. Los monos capuchinos eran mascotas muy de moda en tiempos de Seurat. Se ha apuntado que el mono representa el libertinaje. La correa del mono indica que la mujer, una prostituta, finge con acierto respetabilidad. Quizás Seurat deslizó un mensaje cifrado sobre la hipocresía reinante en la sociedad de la época.
La pareja de la derecha aparece desproporcionadamente grande porque la perspectiva está pensada para ser contemplada en ángulo oblicuo desde la derecha, y no de frente; desde este ángulo la distorsión desaparece.
En las partes bañadas directamente por el sol el color dominante se entremezcla con puntos de pigmento amarillo y naranja. En las zonas de sombra se combinan los azules, e igualmente se aprecian otras interacciones de colores más amplias y sutiles. Unos cuantos puntos de naranja y amarillo plasman las partículas filtradas de la luz solar. Los rojos y púrpuras crean la ilusión de la luz que ha sido parcialmente absorbida y cuyo reflejo recibe el ojo. A fin de producir el efecto óptico deseado, Seurat prescinde del marco convencional y pinta en torno al cuadro un "marco" que complementa en cualquier segmento del lienzo los colores más próximos.
Tardó dos años en terminar esta pintura monumental, y efectuó muchas visitas a la Grande Jatte, en el Sena cerca de Neuilly, y realizó 38 bocetos al óleo y 23 dibujos preparatorios. Como anécdota, se cuenta que pedía a sus amigos que cortaran la hierba junto al río si crecía demasiado.