Nhiều loài có khả năng chuyển dời sắc tố bên trong các tế bào sắc tố của chúng, gây ra sự chuyển đổi màu sắc cơ thể rõ ràng. Quá trình này được biết với tên gọi "sự thay đổi màu sắc sinh lý", được nghiên cứu rộng rãi nhất ở các tế bào melanophore, vì melanin là sắc tố tối và dễ thấy nhất. Trong hầu hết các loài với lớp hạ bì tương đối mỏng, những tế bào melanophore ở lớp hạ bì có xu hướng phẳng và bao phủ một diện tích bề mặt khá lớn. Tuy nhiên, ở những loài động vật với lớp hạ bì dày, chẳng hạn như các loài bò sát trưởng thành, những tế bào melanophore ở lớp hạ bì thường tạo thành những khối thống nhất ba chiều với các tế bào sắc tố khác. Những khối tế bào sắc tố thống nhất ở lớp hạ bì (DCU) này bao gồm một lớp tế bào xanthophore hoặc erythophore ở trên cùng, rồi kế đến là một lớp tế bào iridophore, và cuối cùng là một lớp tế bào melanophore có dạng như chiếc giỏ và bao phủ lớp tế bào iridophore.[20]

Cả hai loại tế bào melanophore đều rất quan trọng trong sự thay đổi màu sắc sinh lý. Những tế bào melanophore hạ bì phẳng thường xếp chồng lên các tế bào sắc tố khác, vì thế khi sắc tố bị phân tán qua các tế bào thì da có vẻ tối. Khi sắc tố của những tế bào melanophore tập trung về hướng tâm của tế bào. Thì những sắc tố của các tế bào sắc tố khác lộ ra dưới ánh sáng và da sẽ có sắc của chúng. Và cũng thế, sau khi melanin tập trung ở những khối tế bào sắc tố thống nhất ở lớp hạ bì (DCUs), da có vẻ màu xanh lục vì khi qua lớp màng của tế bào xanthophore, ánh sáng phân tán từ lớp tế bào iridophore được lọc đi. Với sự phân tán của melanin, ánh sáng không bao giờ được phân tán và da có màu tối. Vì các tế bào sắc tố sinh học khác cũng có khả năng chuyển dời sắc tố, những động vật với nhiều loại tế bào sắc tố có thể tạo ra sự thay đổi ngoạn mục về màu da bằng cách sử dụng tốt hiệu ứng phân chia.[21][22]

Sự điều khiển và những cơ chế của sự chuyển dời sắc tố nhanh chóng đã được nghiên cứu cẩn thận ở nhiều chủng loài khác nhau, đặc biệt là các loài lưỡng cư và cá xương thật.[14][23] Người ta đã chứng minh được rằng quá trình này có thể được điều khiển bới kích thích tố hay chất dẫn truyền thần kinh hoặc cả hai. Những chất dẫn truyền thần kinh được biết là có thể chuyển dời sắc tố bao gồm noadrenaline, dù rằng thụ thể của nó nằm ở trên bề mặt của các tế bào melanophore.[24] Những kích thích tố chính liên quan đến việc điều chỉnh sự chuyển dời sắc tố có vẻ là melanocortin, melatonin, và kích thích tố tập trung melanin (MCH), được tạo ra chủ yếu ở tuyến yên, tuyến tùng, và vùng dưới đồi (não) tương ứng. Những hormone này cũng có thể được tạo ra theo kiểu truyền tín hiệu paracrine bởi các tế bào trong da. Tại bề mặt của tế bào melanophore, các kích thích tố đã cho thấy là kích hoạt thụ thể bắt cặp với protein G đặc trưng, và lần lượt chuyển đổi tín hiệu vào trong tế bào. Melanocortin gây ra sự phân tán của các sắc tố, trong khi melatonin và MCH tập hợp các sắc tố.

Nhiều thụ thể của melanocortin, MCH và melatonin đã được xác định trong các loài cá[25] và ếch,[26] trong đó có một MC1R tương ứng,[27] đó là một thụ thể melanocortin được biết là có khả năng điều chỉnh màu da và màu tóc ở người.[28] Người ta đã chứng minh rằng MC1R là một chất cần thiết trong cá ngựa vằn để phân tán hắc tố melanin.[29] Bên trong tế bào, monophosphate adenosine dạng vòng (cAMP) đã được chứng minh là một chất truyền tín hiệu quan trọng thứ hai của sự chuyển dời sắc tố. Thông qua một cơ chế chưa được hiểu rõ hoàn toàn, cAMP ảnh hưởng đến các protein khác như protein kinase A để "đưa" các "động cơ" dạng phân tử mang theo những túi có chứa sắc tố dọc theo các ống vi thể và những sợi cực nhỏ.[30][31][32]