法国《科学与生活》月刊3月号发表文章指出，人类的肤色主要由两种色素决定：褐黑素（pheomelanin）和真黑素（eumelanin）。褐黑素赋予皮肤黄色至红色的色调，而真黑素则产生从褐色到黑色的深色。这两种色素均属于黑色素家族，但结构和化学成分不同。黑色素的主要功能之一是保护皮肤免受紫外线辐射的伤害。

褐黑素主要存在于红发和肤色较浅的人群中，而真黑素则广泛存在于其他肤色类型中。皮肤中色素的密度主要取决于黑色素的合成方式及其在表皮中的分布，其次才是色素类型。在到达角质形成细胞（位于表皮层下方）之前，黑色素存在于更深层的黑素细胞中。黑素细胞位于表皮层之下、真皮层之上，是真正产生色素的细胞。从胚胎学角度看，黑素细胞的发育过程与神经元相似，它们体积庞大，拥有众多触角，穿过角质形成细胞直达表皮。经过一系列生化反应，黑色素最终在角质形成细胞中合成。成熟的色素会聚集成小包，称为黑素痣。黑素痣通常与黑素细胞的细胞膜及其触角相连。在深色皮肤中，黑素痣较大且密度高，分散全身；在浅色皮肤中，黑素痣较小，常2-3个聚集在局部。据估计，每个黑素细胞产生的黑色素会进入约40个角质形成细胞。

肤色差异的成因极为复杂。遗传学已揭示部分机制，但解释其后果仍是挑战，因为直接或间接控制黑色素生成的基因数量众多。通过分光光度计测量皮肤对不同波长可见光的反射能力，可以客观分析色素沉着密度。例如，胎儿在32周内不会出现色素沉着，无论父母肤色如何。肤色地理分布也呈现规律：西欧和北欧地区，纬度越高，色素沉着越少；而在非洲，肤色最深的人群往往生活在热带草原。这表明，尽管肤色受基因序列影响，但也会随气候环境变化而调整。