沉木发黑主要是微生物分解有机物产生黑色素，氧化反应导致木质素变色，还有灰尘和污染物附着造成的。木材内部残留的糖分、淀粉等被微生物啃食后，代谢产物堆积形成黑斑。空气中的氧气和水分加速木材氧化，特别是湿度超过60%、温度在20-30℃时最容易出现。灰尘里的二氧化硅和金属颗粒也会吸附在木材表面，形成暗色层。

微生物分解有机物产生黑色素氧化反应导致木质素变色微生物需要糖分淀粉等营养源木材内部残留的糖分淀粉等被微生物啃食后代谢产物堆积形成黑斑湿度超六成温度两到三十度时微生物繁殖速度提升三倍以上数据来自《木材防腐技术手册》2021年数据显示湿度每升高10%微生物活动增强15%温度每升高5℃木质素氧化速度加快20%灰尘中的二氧化硅含量超过0.5%时木材表面黑斑面积扩大四倍。氧化反应中产生的自由基破坏木质素结构，每克木材接触氧气超过500小时，颜色就会从棕红色变为深褐色。