Frunzele răsucite ale copacilor de foioase sunt un semn binevenit al toamnei și al nopților sale mai lungi și mai răcoroase. Roșu, galben și portocaliu vibrant alcătuiesc schema de culori a toamnei și toate fac parte din natura ciclică a anotimpurilor. Frunzele copacilor, arbuștilor și plantelor își schimbă culoarea atunci când încep procesul de latenție pentru iarnă.
Frunzele sunt părțile plantelor și copacilor care fac hrana necesară pentru susținerea vieții. Copacii folosesc lumina soarelui, apa și dioxidul de carbon luat din aer pentru a produce energie. Dioxidul de carbon și apa sunt transformate în glucoză, care este un tip de zahăr. Glucoza este apoi folosită ca energie pentru ca arborele să trăiască și să crească. Întregul proces se numește fotosinteză. Frunzele sunt verzi, deoarece conțin clorofila chimică, care facilitează fotosinteza.
Odată ce zilele și nopțile încep să se răcească și nopțile devin mai lungi, copacii simt că toamna și iarna se apropie. În pregătirea copacilor pentru a intra în repaus, circulația către frunze, care nu mai sunt necesare pentru a produce hrană, este întreruptă. Datorită nopților mai lungi și luminii solare reduse, producția de clorofilă este redusă, ceea ce înseamnă că verdele va dispărea în cele din urmă din frunze. Unii dintre pigmenții responsabili de cauzarea culorilor vibrante ale frunzelor, cum ar fi carotenoidele, sunt deja prezenți în frunze, dar sunt ascunși de clorofila verde. Carotenoizii sunt responsabili pentru galbeni, portocalii și maro.
Pigmenții care provoacă roșu strălucitor, rușine și violet se numesc antociani. Acestea sunt produse în frunzele unor specii toamna din cauza cantităților excesive de glucoză din frunze, alături de lumina strălucitoare a toamnei. Acesta este motivul pentru care anumite specii de copaci produc frunze roșii strălucitoare, spre deosebire de altele care devin galbene sau aurii.
Arțarii sunt cunoscuți pentru gama lor de palete de toamnă. Diferitele soiuri de arțar devin roșu aprins, violet, galben sau aproape incolor în toamnă. Stejarii tind să producă maro și roșu din cauza deșeurilor din frunzele lor. Copacii de hickory au frunze maro auriu, iar plopii și plopii devin galbene. Dogwoods produc frunze roșiatice-violet, în timp ce sourwoods și tupelos negre produc frunze roșii purpurie strălucitoare. Ulmul poate fi puțin dezamăgitor, deoarece frunzele lor devin de obicei maronii și cad fără un mare spectacol.
Diferite specii se întorc în momente diferite. Copacii din regiunea de est a Statelor Unite tind să se întoarcă mai devreme, în septembrie, la fel ca și cei din Munții Stâncoși centrali. Până la sfârșitul lunii noiembrie, copacii din Smoky Mountains, Adirondacks și Appalachians vor avea toți frunzele de toamnă. În vest, copacii din regiunile muntoase tind să se întoarcă cel mai târziu.
Mai mulți factori au un impact asupra culorilor toamnei, făcând unii ani mai buni sau mai rău pentru vizionare decât alții. Cele mai bune culori de toamnă se datorează unei primăveri mai calde, ploioase, vremii bune în timpul verii și zilelor de toamnă mai calde, mai însorite și nopților răcoroase. Un spectacol de toamnă mai dezamăgitor se poate datora unei primăveri târzii, unei secete în timpul verii și unei perioade mai calde în timpul toamnei.