Toda a diversidade de cores do cabelo humano vem da mistura de apenas dois pigmentos de melanina.

A cor do cabelo é determinada pelos melanócitos, células especializadas localizadas no bulbo capilar que sintetizam a melanina. Existem dois subtipos químicos principais: a eumelanina, que possui uma estrutura granular e absorve mais luz, e a feomelanina, que tem um formato mais difuso e reflete tons quentes. A concentração de eumelanina define a escuridão do fio, sendo que o cabelo preto possui as maiores densidades desse pigmento.A genética desempenha o papel central através do gene MC1R, localizado no cromossomo 16. Este gene atua como um interruptor biológico: quando funciona normalmente, ele instrui o melanócito a converter feomelanina em eumelanina. No caso dos ruivos, mutações específicas no MC1R impedem essa conversão, causando um acúmulo de feomelanina que resulta na cor avermelhada característica.Estudos publicados na revista Nature Communications indicam que o gene IRF4 também está fortemente ligado ao clareamento dos fios e à regulação da produção de melanina. Com o envelhecimento, ocorre um processo chamado estresse oxidativo que danifica os melanócitos. A redução da enzima catalase permite o acúmulo de peróxido de hidrogênio nos folículos, o que 'descolore' o cabelo de dentro para fora, resultando nos fios brancos.