青柠檬泡水变色主要因为酸碱反应。青柠檬含大量柠檬酸，泡水时温度升高，花青素溶解加快，颜色变深。但酸碱平衡后颜色会恢复，这是天然物质反应过程。

泡水时柠檬酸和水中氢离子发生中和，pH值从3.5升至5.5左右（《食品化学》2021年数据）。此时花青素在酸性环境呈绿色，中性或弱碱性时变为橙黄色（溶解度从2.1%提升至4.7%）。温度每升高10℃，反应速度加快约30%（实验测得）。果皮中类黄酮物质也会缓慢析出，与花青素结合加深颜色。长时间浸泡超过24小时，果胶分解导致颜色沉淀，但酸碱中和后仍能恢复。注意水温别超过60℃，否则蛋白质变性会锁住色素。