Olhos cinza estão entre as cores oculares mais raras globalmente, caracterizados por uma interação única de genética, baixa concentração de melanina e física de dispersão de luz. Diferentemente de olhos castanhos ou azuis, olhos cinza parecem mudar entre azul, verde e cinza dependendo das condições de iluminação.
A cor dos olhos é poligênica, envolvendo principalmente os genes OCA2 e HERC2 no cromossomo 15. Esses genes regulam a produção e distribuição de melanina no estroma da íris. Olhos cinza resultam de combinações alélicas específicas que produzem níveis muito baixos de eumelanina (pigmento castanho/preto) e níveis moderados de feomelanina (pigmento vermelho/amarelo).
A íris possui duas camadas: um epitélio pigmentado posterior (sempre escuro) e um estroma anterior. Em olhos cinza, o estroma tem melanina mínima. Quando a luz entra, comprimentos de onda mais curtos (azul) se dispersam mais eficientemente via dispersão de Rayleigh — o mesmo fenômeno que torna o céu azul. Esta luz azul dispersa se mistura com o fundo escuro, criando um tom cinza-azulado. O efeito é intensificado por depósitos de colágeno no estroma que aumentam a dispersão.
Olhos cinza são mais prevalentes na Europa do Norte e do Leste — particularmente Islândia, Estônia, Finlândia, Escócia e Rússia — onde podem ocorrer em 1–3% da população. São extremamente raros em populações asiáticas, africanas e indígenas americanas.
Olhos azuis também têm baixa melanina, mas carecem do colágeno estromal adicional ou variações estruturais que aumentam a dispersão de luz, resultando em um azul mais saturado. Olhos cinza frequentemente têm uma aparência "nublada" ou "aceitosa" devido à maior dispersão difusa.