Chức năng chính của sắc tố thực vật là quang hợp, sử dụng sắc tố màu xanh chlorophyll cùng với vài sắc tố đỏ và vàng để giúp bắt giữ càng nhiều năng lượng ánh sáng càng tốt.

Những chức năng khác của sắc tố thực vật bao gồm thu hút côn trùng đến các bông hoa để khuyến khích sự thụ phấn.

Sắc tố thực vật gồm nhiều loại phân tử đa dạng khác nhau, bao gồm porphyrins, carotenoid, anthocyanin và betalain. Tất cả các sắc tố sinh học đều hấp thu một cách chọn lọc các bước sóng ánh sáng nhất định trong khi phản xạ các bước sóng khác. Phần ánh sáng mà bị hấp thu có thể được sử dụng bởi thực vật để cung cấp năng lượng cho các phản ứng hóa học, trong khi các bước sóng ánh sáng bị phản xạ sẽ quyết định màu nào của sắc tố mà xuất hiện trước mắt.

Những sắc tố chính chịu trách nhiệm như sau:

• Chlorophyll là sắc tố quan trọng nhất trong thực vật; nó là một loại chlorin mà hấp thu các bước sóng ánh sáng vàng và xanh lam và phản xạ bước sóng ánh sáng màu xanh lục. Sự hiện diện tương đối phong phú của nó làm cho thực vậy có màu xanh lục. Mọi loài thực vật trên mặt đất và tảo lục đều sở hữu hai loại sắc tố này: chlorophyll a và chlorophyll b. Tảo bẹ, tảo cát và các heterokont (một loại Sinh vật nhân chuẩn) quang hợp có chứa chlorophyll c thay vì b, trong khi tảo đỏ chỉ có chlorophyll a. Tất cả chlorophyll đều là những cách mà thực vật dùng để chặn ánh sáng lại nhằm cung cấp nhiên liệu cho quang hợp.
• Carotenoid là các tetra-terpenoit màu đỏ, cam hay vàng. Chúng có chức năng là các sắc tố phụ trong thực vật, giúp cung cấp nhiên liệu cho sự quang hợp bằng các tập trung các bước sóng ánh sáng mà không sẵn sáng được hấp thu bởi chlorophyll. Nhưng chúng cũng thực hiện các chức năng quan trọng khác trong thực vật như ngăn cản các tổn thương bởi sự oxi hóa bằng ánh sáng hoặc làm tiền chất cho các kích thích tố thực vật như axit abscisic. Carotenoid đã cho thấy là có khả năng hoạt động như các chất chống oxi hóa để cái thiện tầm nhìn ở con người. Các loài thực vật nói chung đều có sáu carotenoid thường gặp: neoxanthin, violaxanthin, antheraxanthin, zeaxanthin, lutein và b-carotene, cùng với hai chlorophyll (Chl) chính, Chl a và Chl b.[2] Thật sự, những carotenoid quen thuộc nhất trong thực vật là β-carotene (sắc tố màu cam), lutein (sắc tố màu vàng được tìm thấy trong trái cây và rau quả và là carotenoid dồi dào nhất ở thực vật), và lycopene (sắc tố màu đỏ chịu trách nhiệm cho màu của cà chua). Tuy nhiên, hợp chất này có thể được bổ sung ở vài loài dưới một vài điều kiện bởi sự hiện diện của các carotenoid không thường gặp khác như lutein epoxide (trong nhiều loài thân gỗ)[3][4] lactucaxanthin (trong rau diếp) hay alpha carotene (trong cà rốt). Nói chung, hợp chất sắc tố quang hợp bị ảnh hưởng bởi các nhân tố bên trong và bên ngoài thực vật.[5]
• Anthocyanin (theo nghĩa đen là "xanh lam của hoa") là các sắc tố flavonoid tan được trong nước mà có màu từ đỏ đến xanh lam, tùy vào độ pH. Chúng xuất hiện trong tất cá các mô của thực vật bậc cao, tạo ra màu ở lá, thân, rễ, hoa, và quả, dù rằng không phải luôn ở lượng đầy đủ để có thể dễ nhận thấy được. Anthocyanin thường dễ thấy nhất ở cánh hoa, nơi mà chúng có thể chiếm khoảng 30% trọng lượng khô của mô. Chúng cũng chịu trách nhiệm cho màu tím nhìn thấy được ở mặt dưới của các loài thực vật nhiệt đới trong bóng mát chẳng hạn như Tradescantia zebrina; ở những thực vật này, anthocyanin bắt lấy ánh sáng mà đã đi xuyên qua lá và phản xạ ngược lại về phía vùng có chlorophyll, để tối đa hóa việc sử dụng ánh sáng có sẵn.

• Betalain là các sắc tố màu đỏ hay vàng. Giống như anthocyanin, chúng cũng tan được trong nước, nhưng khác ở chỗ là chúng được tổng hợp từ tyrosine. Loại sắc tố này chỉ được tìm thấy ở Caryophyllales (bao gồm Họ Xương rồng và Chi Dền), và không bao giờ cùng xuất hiện trong các thực vật có chứa anthocyanin. Belatain chịu trách nhiệm cho màu đỏ thẫm của củ dền, và được sử dụng trong thương mại làm chất tạo màu thực phẩm.

Một biểu hiện đặc biệt đáng chú ý của sự biến đổi màu sắc ở thực vật được quan sát thấy ở màu lá mùa thu, một hiện tượng mà ảnh hưởng đến các lá màu xanh bình thường của nhiều cây thân gỗ và cây bụi rụng lá, trong suốt vài tuần mùa thu, với sự chuyển màu đa dạng từ đỏ, vàng, tím và nâu.[6] Chlorophyll bị thoái hóa trở thành tetrapyrrole không màu, còn được biết là chlorophyll dị hóa không phát quang (nonfluorescent chlorophyll catabolites – NCCs).[7] Vì các chlorophyll nổi trội bị thoái hóa, các sắc tố ẩn màu vàng như xanthophyll và màu cam như beta-carotene lộ rõ ra. Những sắc tố này hiện diện xuyên suốt cả năm, nhưng các sắc tố đỏ, anthocyanin, được tổng hợp một lần nữa một khi mà phân nửa lượng chlorophyll đã bị thoái hóa hẳn. Các axit amin được giải phóng từ sự thoái hóa các phức thu nhận ánh sáng thì được trữ suốt mùa đông tại rễ, cành, thân và thân gỗ của cây cho đến mùa xuân tiếp theo, khi mà các axit amin này được tái sử dụng lại để tạo lá mới cho cây.