一直到1960年代，科学家对于色素细胞的了解才足以对它们进行分类。这些分类一直持续到今天，即使近期的研究显示生物化学层面的研究对于了解这些细胞如何运作更为有用。在生物化学上，生物色素能够分成生物色与构形色。生物色包括真色素，如类胡萝卜素和蝶酸，这些色素能吸收部分波长范围的可见光。而构形色并没有携带色素，却能够对细胞的色彩产生显著的影响，它们经由光线的扰乱和干涉等现象，能够产生彩虹般的色彩，甚至出现金色与银色。
虽然除基因突变之外（如白化症），所有的色素细胞皆拥有色素，但是并非带有色素的细胞都是色素细胞。例如拥有红色血红素的红血球，在胚胎发生时期的发育过程与色素细胞不同，而且红血球在成体时期是由骨髓中的造血干细胞制造，再由血液运送到身体各处。色素细胞则在成体时期已经出现在所要作用的位置（如真皮）。
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