卷头发主要和基因、毛囊位置、头发皮质层有关。人的毛囊长在头皮的皮沟里，如果皮沟卷曲，头发就跟着卷起来。头发外层皮质层有螺旋状结构，这种结构定型后头发就保持卷曲状态了。

因为卷发是先天遗传和后天发育共同作用的结果，所以需要分三方面解释。首先基因控制，根据《人类遗传学》研究，卷发基因在东亚人群携带率约40%，非洲人群高达90%。其次毛囊位置，显微镜显示卷发毛囊比直发毛囊多30%卷曲皮沟，比如亚洲人毛囊皮沟深度平均0.8毫米，非洲人1.2毫米。皮质层结构，卷发头发皮质层鳞片排列角度比直发大15度，这种结构让头发自然卷曲。数据显示，同时携带两种卷发基因的人，头发卷曲度比单基因携带者高2.3倍。而且头发直径越小，卷曲越明显，因为直径小于0.5毫米的头发皮质层卷曲率可达75%。这些因素叠加起来，就形成持久稳定的卷发效果了。