Modul în care cameleonii își schimbă culorile este similar cu modul în care amestecarea diferitelor culori de vopsea creează culori noi. În general, cameleonii își schimbă culorile folosind cromatofori și melanina. Cromatoforele sunt celule care conțin pigment sau culoare; aceste celule au două straturi, stratul superior conținând pigment roșu sau galben și stratul inferior conținând pigment albastru sau alb. Melanina, pe de altă parte, este în esență o substanță care determină întunecarea culorii pielii, prezența mai multor melanină provocând pielea mai întunecată. Când sistemul nervos autonom (ANS), o parte a sistemului nervos care controlează funcțiile involuntare ale corpului, spune celulelor să se extindă sau să se micșoreze, diferitele culori se amestecă la fel ca vopseaua și schimbă culoarea pielii unui cameleon.
Deși cameleonii au capacitatea de a schimba culorile, unele specii au limite în gama de culori pe care le pot afișa. Același lucru este valabil și pentru gama de modele pe care le pot afișa, de asemenea. În general, majoritatea cameleonilor sunt capabili să se schimbe între culorile verde, negru și maro. Unii cameleoni se pot schimba într-o serie de alte culori, de asemenea, cele mai vibrante schimbări de culoare apar de obicei la masculi atunci când caută și sunt gata să se împerecheze.
În timp ce scopul unor modele este de a ajuta cameleonii să se amestece cu împrejurimile lor, este o concepție greșită foarte comună că cameleonii își schimbă culorile pentru a se camufla. Această concepție greșită este de înțeles, deoarece cameleonii își pot schimba culorile și seamănă foarte mult cu mediul înconjurător. De exemplu, un cameleon cu anumite modele și culori se poate amesteca foarte bine cu o ramură. În realitate, totuși, cameleonii își schimbă culorile ca reacție la factori de mediu precum lumina și temperatura, precum și ca reacție la emoțiile sau dispozițiile lor. Capacitatea de a schimba culorile permite cameleonilor să se adapteze la mediul înconjurător și să devină mai confortabili și, de asemenea, îi ajută să comunice între ei.
Cameleonii își schimbă culorile pentru a reflecta sau absorbi lumina și temperatura. Când stau întins sub soarele fierbinte, de exemplu, cameleonii se pot schimba într-o culoare mai deschisă pentru a reflecta luminozitatea soarelui. În ceea ce privește temperatura, când este rece afară, cameleonii pot deveni mai închise la culoare, astfel încât ar putea absorbi cât mai multă căldură posibil. În general, totuși, de cele mai multe ori schimbările de culoare apar din cauza schimbărilor de dispoziție. Ca atare, atunci când cameleonii își schimbă culorile, s-ar putea să o facă pentru că își exprimă emoțiile, cum ar fi furia sau frica.