A cor do cabelo é determinada pela proporção, quantidade e distribuição de dois tipos de pigmentos de melanina produzidos por melanócitos no folículo piloso:
Genes-chave incluem MC1R (receptor de melanocortina 1 receptor), que controla a alternância entre produção de eumelanina e feomelanina. Variantes em MC1R estão fortemente associadas a cabelo ruivo, pele clara e sardas. Outros genes (TYR, TYRP1, OCA2, HERC2) influenciam a intensidade e distribuição geral do pigmento.
Com a idade, a atividade dos melanócitos diminui e a produção de melanina diminui. O acúmulo de peróxido de hidrogênio no folículo danifica ainda mais os melanócitos. O resultado é perda progressiva de pigmento, levando a cabelo grisalho (mistura de cabelos pigmentados e não pigmentados) e eventualmente cabelo branco (sem melanina).
Deficiências nutricionais (B12, cobre, ferro), estresse severo, tabagismo e certos medicamentos podem acelerar o embranquecimento. No entanto, a genética permanece o principal determinante do tempo e padrão.