头发由三部分组成：露在头皮外的为毛干，埋在头皮内的为毛根，毛根和包裹着毛根的毛囊膨大为毛球。毛干和毛根是由角化的上皮细胞规则排列而成，这些细胞内充满着纤维性的角蛋白和含量不等的黑素颗粒。毛球的黑素细胞可以将黑素颗粒转移到上皮细胞中，从而使不同人的头发颜色存在差异。黑色或棕色头发的黑素颗粒富含黑色素；黄色或红色头发的黑素颗粒中存在一种黄色或红色的色素——褐黑色素；白色头发则没有或含有很少的黑素颗粒。
头发的颜色还与其含有的金属元素有关。例如，黑发中含有铜元素和铁元素；红褐色头发中含有较多的钼元素；含镍量增多则会使头发变成灰白色。
当人衰老时，头发通常会逐渐变成白色，这是由于黑素细胞功能退化，其中的酪氨酸酶活性降低或丧失，从而使得黑色素合成减少所致。某些疾病也会引起头发变白，如早老症、白化病等，这些疾病与遗传物质的改变密切相关。发生在青少年时期的白发，一般认为与精神、营养、遗传等因素有关。过度焦虑、营养不良、患慢性疾病、家族有类似情况等都有可能引起“少白头”。
白发并非不可逆转，如果是由于疾病引起的，去除某些障碍或致病因素，头发就有可能变黑。青少年时期，注意饮食营养均衡，保持心情舒畅，可以有效预防白发的发生。