وقتی برگ ها سبزند، به این خاطر است که حاوی مقدار زیادی کلروفیل اند. (کلروفیل رنگدانه سبز و مسئول جذب نور است تا انرژی لازم برای فتوسنتز را فراهم کند.) مقدار زیادی کلروفیل در یک برگ فعال وجود دارد و رنگ سبز رنگ های رنگدانه های دیگر را می پوشاند.
این نور است که تولید کلروفیل را تنظیم می کند، بنابراین وقتی در پاییز روزها کوتاه تر می شوند، کلروفیل کمتری تولید می شود. اما سرعت تجزیه کلروفیل ثابت باقی می ماند، بنابراین رنگ سبز شروع به محو شدن از برگ می کند.
همزمان غلظت فزاینده قند باعث افزایش تولید رنگدانه آنتوسیانین می شود. برگ هایی که بیشتر رنگدانه آنتوسیانین دارند، رنگ قرمز پیدا می کنند. کاروتنوئیدها نوع دیگری از رنگدانه ها هستند که در برخی از برگ ها یافت می شوند. تولید کاروتنوئید وابسته به نور نیست، بنابراین وقتی روزها کوتاه می شوند از میزان آن کاسته نمی شود.
کاروتنوئیدها می توانند نارنجی، زرد و یا قرمز باشند، اما این نوع رنگدانه بیشتر در برگ هایی که زردند یافت می شود. برگ هایی که مقادیر خوبی هم از آنتوسیانین و هم از کاروتنوئید دارند به رنگ نارنجی ظاهر می شوند.
برگ هایی که کاروتنوئید دارند اما آنتوسیانین کمی دارند و یا هیچ آنتوسیانینی ندارند به رنگ زرد ظاهر می شوند. در صورتی که هیچ یک از این رنگدانه ها وجود نداشته باشند، مواد شیمیایی دیگر گیاه هم می توانند بر رنگ برگ تأثیر بگذارند. یک مثال از این مواد شیمیایی، تانن است که مسئول رنگ قهوه ای برخی از برگ های بلوط است.
دما بر سرعت واکنش های شیمیایی از جمله در برگ ها اثر می گذارد، بنابراین در رنگ برگ هم نقش ایفا می کند. با این حال، بیشتر میزان نور در روزهای پاییز است که رنگ شاخ و برگ ها را در این فصل تعیین می کند. روزهای آفتابی پاییز برای درخشان ترین رنگ در این منظره زیبا مورد نیاز است چراکه آنتوسیانین هم به نور نیاز دارد. در حالی که روزهای ابری که هوا را تیره می کنند باعث می شوند رنگ های زرد و قهوه ای در برگ ها بیشتر شوند.