一直到1960年代，科學家對于色素細胞的了解才足以對它們進行分類。這些分類一直持續到今天，即使近期的研究顯示生物化學層面的研究對于了解這些細胞如何運作更為有用。在生物化學上，生物色素能夠分成生物色與構形色。生物色包括真色素，如類胡蘿卜素和蝶酸，這些色素能吸收部分波長范圍的可見光。而構形色并沒有攜帶色素，卻能夠對細胞的色彩產生顯著的影響，它們經由光線的擾亂和干涉等現象，能夠產生彩虹般的色彩，甚至出現金色與銀色。
雖然除基因突變之外（如白化癥），所有的色素細胞皆擁有色素，但是并非帶有色素的細胞都是色素細胞。例如擁有紅色血紅素的紅血球，在胚胎發生時期的發育過程與色素細胞不同，而且紅血球在成體時期是由骨髓中的造血干細胞制造，再由血液運送到身體各處。色素細胞則在成體時期已經出現在所要作用的位置（如真皮）。