头发颜色主要看毛鳞片表面的色素层和发芯颜色。染发剂渗透到毛鳞片内部会改变发丝整体颜色，但发根未染部分颜色较浅，发梢接触空气氧化后颜色更深。比如黑发染成棕色，发根可能还是深褐色，发梢会偏浅棕色。

头发颜色差异跟黑色素分布有关。毛鳞片由角蛋白构成，外层色素层厚度决定显色。染发剂渗透深度约5-10毫米，发芯黑色素含量决定底色。实验数据显示：黑发染棕发色，发根颜色变化率约30%，发梢变化率超70%。染后28天氧化过程会让发梢颜色再变深15%左右。比如染深色时，发根颜色变化小，发梢颜色变化大，这就是为什么染后要定期补染发梢。染发剂分子量越小，渗透越深，但毛鳞片损伤率也增加2-3倍。染后护理不当，毛鳞片闭合度下降，颜色会更快流失。