头发卷发是因为毛囊形状和毛鳞片结构共同作用形成的。毛囊像螺旋状管道，头发从里面长出来自带卷曲趋势；毛鳞片像小瓦片叠在头发表面，如果卷曲的话这些瓦片会朝内折叠，形成S型或波浪形。比如卷发比直发多出30%的弯曲度，这跟毛囊中角蛋白排列方式有关。

毛囊的螺旋角度决定了卷曲程度，正常毛囊有5-7圈螺旋结构，每圈相差0.5度，这样头发自然弯成波浪形。毛鳞片在头发拉伸时会像弹簧一样回弹，当弯曲度超过45度时就会定型。数据显示，东亚人种中63%的卷发源于毛囊螺旋结构，毛鳞片弯曲度超过50度的人头发卷曲维持时间比直发长2-3倍。烫发药水会让毛鳞片暂时弯曲到65度，但如果没有护理到位，3个月内会恢复原状。比如用直板夹做卷发时，高温会使毛鳞片暂时闭合，但冷却后结构会松散，这就是为什么需要定型喷雾。