La couleur des cheveux est génétiquement déterminée. Les cellules responsables de la couleur des cheveux sont les mélanocytes. Elles fabriquent de la mélanine sous forme de petits grains de pigments colorés qui déterminent la couleur du cheveu de sa naissance à sa mort.
Il existe deux types de mélanine : l'eumélanine et la phaeomélanine.
L'eumélanine se présente sous la forme d'un petit grain de riz dont la couleur va du brun-rouge au noir foncé. Elle résulte de la transformation d'un acide aminé essentiel, la tyrosine, par une enzyme, la tyrosinase .
La phaeomélanine possède une forme moins précise et se présente sous forme de tache diffuse. Sa couleur va du jaune au rouge. Si elle est différente de l'eumélanine, c'est que, outre la tyrosine, sa fabrication fait intervenir un autre acide aminé, la cystéine, riche en soufre.

Le dosage de ces deux mélanines détermine la couleur du cheveu. Mais, s'il est aisé de comprendre que le cheveu noir japonais ne contient quasiment que de l'eumélanine alors que le cheveu roux irlandais est très riche en phaeomélanine, il est plus surprenant de découvrir que le cheveu blond scandinave est constitué lui aussi principalement d'eumélanine.
Il existe donc, en fonction de la répartition en qualité et quantité de ces deux types de mélanime, une très grande palette de couleurs, mais les nuances de mauve et de rose n'en font pas partie. En revanche, des scientifiques se sont déjà amusés à substituer chez des souris un gène de pigmentation par un gène de méduse codant pour une protéine vert fluo (GFP). Le résultat a donc été une souris qui brille la nuit !