Il normale colore verde delle foglie è dovuto alla clorofilla, la sostanza in grado di assorbire l’energia della luce solare e di convertirla in energia chimica indispensabile per la vita delle piante, attraverso una complessa sequenza di reazioni biochimiche nota come “fotosintesi clorofilliana”.
In gran parte delle piante, l’arrivo della stagione fredda comporta il cambiamento del colore delle foglie con toni del giallo, del marrone e del rosso che, in maniera diversa a seconda delle specie, sostituiscono il verde.
All’arrivo della stagione fredda la pianta non produce più nuova clorofilla e quella che si trova nelle foglie si degrada. La scomparsa del pigmento verde rende visibili i pigmenti gialli e arancioni, che sono sempre presenti nelle foglie e che appartengono alla classe dei carotenoidi. Una delle loro funzioni è quella di captare alcune particolari lunghezze d’onda che la clorofilla da sola non è in grado di assorbire, per cui svolgono il ruolo di “pigmenti antenna”. Un’altra funzione dei carotenoidi sembra essere quella di limitare i danni causati dalla luce solare alla clorofilla.
Le foglie di alcune specie vegetali in autunno si colorano decisamente di marrone. In questo caso le sostanze responsabili del colore appartengono al vasto gruppo dei tannini. Si tratta in gran parte di sostanze di rifiuto, spesso di sapore sgradevole, astringenti, sovente accumulate in alcune parti della pianta (ad esempio le cortecce) con funzioni di difesa dagli animali o nelle foglie prossime alla caduta, per essere eliminate.
Le basse temperature causano in molte specie di piante, anche in primavera con la ripresa vegetativa, la comparsa di pigmenti di colore rosso o rosso violaceo, appartenenti al gruppo degli antociani. Questi hanno una funzione protettiva dai raggi ultravioletti, in particolare dei giovani germogli.