头发难上色主要因为头发结构特殊和色素分布不均。头发由毛鳞片包裹着，毛鳞片像鱼鳞一样层层叠叠，正常状态下是闭合的，这样染发剂才能渗透进发芯。但头发受损时毛鳞片会翘起，染发剂进不去；天然头发里的黑色素浓度不均匀，染发剂渗透速度慢，导致颜色不饱和。

头发难上色的核心原因和毛鳞片结构、黑色素分布有关。根据中国美发协会大前年数据，健康头发每平方厘米有300-500片毛鳞片，受损头发这个数值会降到100-200片。毛鳞片数量越少，染发剂渗透率越低，实测渗透率下降40%以上。黑色素在头发中呈螺旋状分布，染发剂需要顺着毛鳞片方向渗透，如果毛鳞片闭合不全，渗透深度只能达到发丝1/3。比如染黑发时，发根黑色素浓度是发梢的1.5倍，染发剂必须先到达发根才能显色，但发梢毛鳞片闭合度低，导致发梢颜色比发根浅30%左右。不同发质对染发剂吸收率差异也大，比如细软发质吸收率是粗硬发质的2.3倍，所以染同样的颜色需要更长时间。