Τα έργα του Θεόφιλου είναι ζωγραφισμένα απευθείας σε ύφασμα, χωρίς την ύπαρξη προετοιμασίας, γεγονός που τα καθιστά ιδιαίτερα ευαίσθητα σε ορισμένους παράγοντες φθοράς.
Οι φθορές που παρουσίαζαν τα έργα είχαν προκληθεί από τον τρόπο στήριξης και ανάρτησής τους, καθώς και από την έκθεσή τους σε ακτινοβολία και ακατάλληλες περιβαλλοντικές συνθήκες.

Η διαδικασία συντήρησης χωρίζεται σε τρία στάδια: επέμβαση, αναλύσεις και ανάδειξη.
• Κατά το πρώτο στάδιο έγιναν εργασίες όπως αφαίρεση των έργων από τα ξύλινα τελάρα, επιφανειακός καθαρισμός, συμπλήρωση περιοχών απώλειας, αντιμετώπιση της βιολογικής προσβολής, καθώς και τοποθέτησή τους με ράψιμο σε νέες βάσεις υποστήριξης, κατάλληλα κατασκευασμένες από τους συντηρητές για ζωγραφικά έργα σε ύφασμα.
• Στο δεύτερο στάδιο πραγματοποιήθηκαν αναλύσεις των χρωστικών σε συνεργασία με το Τμήμα Χημικών Μηχανικών του ΕΜΠ με μη-καταστρεπτικές μεθόδους, καθώς και αναλύσεις των μικροοργανισμών που έχουν προσβάλει κάποια από τα έργα σε συνεργασία με το Τμήμα Μικροβιολογίας της Ιατρικής Σχολής Αθήνας.
• Τέλος, το τρίτο στάδιο αφορά στην πρόληψη πρόκλησης περαιτέρω φθορών στα έργα και στην ανάδειξή τους και περιλαμβάνει τη βελτίωση της μεθόδου ανάρτησης με ειδικά κατασκευασμένες κορνίζες από ξύλο οξιάς. Η ιδιαιτερότητά τους έγκειται στη χρήση ειδικού φύλλου ακρυλικού, το οποίο είναι άθραυστο και ελαφρύ, δεν χαράσσεται, δεν έχει αντανάκλαση, ενώ εμποδίζει τη διέλευση της βλαβερής υπεριώδους ακτινοβολίας κατά 99%. 

Το Μουσείο Θεόφιλου στη Λέσβο πέρασε από... 40 κύματα καθόλη τη διάρκεια της λειτουργίας του. Οικονομικά προβλήματα, διοικητικές καθυστερήσεις, έλλειψη προσωπικού και εξειδικευμένων συντηρητών, καθιστούσαν όλα αυτά τα χρόνια τα έργα του σπουδαίου Έλληνα ζωγράφου ευάλωτα στη φθορά του χρόνου και την ανθρώπινη παρέμβαση. Ας ελπίσουμε ότι η συντήρηση των 23 έργων που τώρα συντηρούνται να αποτελέσουν το έναυσμα όχι μόνο της συνολικής προστασίας του έργου του Θεόφιλου αλλά και την προβολής του μέσα από μια μεγάλη έκθεση που θα εξετάζει την ζωή και την δημιουργία του.