나뭇잎은 엽록소라는 녹색색소를 포함하고 있습니다. 엽록소는 광합성 과정에서 태양 에너지를 흡수하여 식물이 생존하는 데 중요한 역할을 합니다. 그러나 가을이 되면 태양의 일조량이 줄어들고, 낮이 짧아지면서 식물은 엽록소를 생산하기 어려워집니다. 이에 따라 엽록소의 합성이 감소하고, 나뭇잎 안에 있는 엽록소의 양이 줄어들게 됩니다.
이와 함께 가을에는 나뭇잎 안에 있는 다른 색소들인 카로티노이드와 안토시아닌이 더욱 두드러지게 나타나기 시작합니다. 카로티노이드는 노란색과 주황색을 나타내며, 안토시아닌은 붉은색과 자주색을 나타냅니다. 이들 색소들은 엽록소의 녹색을 가려서 나뭇잎이 노란색이나 붉은 색으로 보이게 합니다.
가을이 되면 나뭇잎이 노란색이나 붉은 색으로 변하는 이유는 나뭇잎에 있는 엽록소가 파괴되기 때문입니다. 엽록소는 나뭇잎이 초록색을 띠는 색소입니다. 가을이 되면 기온이 낮아지고 일조량이 줄어들면 나뭇잎은 엽록소를 생성하는 것을 중단합니다. 그 결과 엽록소가 파괴되고, 다른 색소인 카로티노이드와 안토시아닌이 노출되면서 나뭇잎이 노란색이나 붉은 색으로 변합니다
봄부터 여름까지 엽록소가 만들어지면서 초록 잎을 유지하였지만 가을이 되면서 이 엽록소가 더 이상 만들어지지 않습니다. 이유는 떨켜층에 의해 나뭇잎에 수분이 부족해지고 영양분이 쌓여 산성을 띠게 되면서 엽록소가 분해됩니다. 엽록소가 분해되며 노란, 주황, 빨강, 핑크 등으로 색이 바뀌어 단풍이 지는 것이죠. 엽록소가 분해되는 이유는 겨울 동안 나무는 에너지 소모를 최소화하고 나무 내에 있는 수분을 최소화(수분이 얼면 부피가 증가해 손상을 입기때문에)하는 작업을 시작합니다. 그 중 에너지 소모를 줄이기 위해 잎과 나뭇가지 사이에 떨켜층을 형성하여 나뭇잎에 수분 공급을 중단시키고 나뭇잎으로부터 에너지(양분) 공급을 중단 받아 나뭇잎의 농도가 올라 산화되면서 엽록소가 분해돼 단풍이 들게하며 이후에 낙엽이 되어 떨어지게 만듭니다. 또한 색이 다른 이유는 색소의 종류와 함유량이 다르기 때문입니다. 붉은색은 엽록소가 분해되며 안토시아닌을 생성하며 띠게되고, 노란색은 크산토필, 카로티노이드가 생성되면서, 갈색은 크산토필, 타닌이 생성되면서 띠게 됩니다.
