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Der genaue Mechanismus der Lichtabsorption durch farbige Substanzen ist teilweise sehr komplex. Er hängt im Wesentlichen mit dem molekularen Aufbau der Stoffe zusammen. Bei organischen Verbindungen sind besonders solche Substanzen mit ungesättigtem Charakter (d. h. mit Doppelbindungen) farbig. In den Farben- und Lackindustrie lässt sich der Farbton eines Farbstoffes gezielt durch Variation der Molekülbestandteile verändern. Einige anorganische Verbindungen sind farblos. Ausnahmen sind beispielsweise zahlreiche Verbindungen der Übergangsmetalle.
Farbe kann auch durch andere physikalische Phänomene als durch Absorption zustande kommen. Die Farben von Perlmutt, von Seifenblasen oder von Ölfilmen auf Wasser entstehen durch Interferenz. Bestimmte Kristalltypen zeigen verschiedene Farben, wenn sie von Licht in unterschiedlichen Winkeln durchstrahlt werden. Dieses Phänomen nennt man Pleochroismus. Manche Substanzen haben im reflektierten Licht eine andere Farbe als im durchgelassenen Licht. So erscheint eine sehr dünne Goldfolie im durchscheinenden Licht grün. Das so genannte Feuer mancher Edelsteine, z. B. von Diamanten, entsteht durch spektrale Zerlegung des weißen Lichtes. Einen ähnlichen Effekt kann man auch an Prismen beobachten. Wenn gewisse Substanzen mit Licht eines bestimmten Farbtons beleuchtet werden, so absorbieren sie dieses Licht und strahlen dafür Licht mit einem anderen Farbton ab, der stets einer größeren Lichtwellenlänge entspricht. Dieses Phänomen nennt man Fluoreszenz. Tritt sie verzögert auf, spricht man von Phosphoreszenz. Das Blau des Himmels entsteht durch Streuung der Lichtanteile mit kürzeren Wellenlängen (Violett und Blau) durch die Gasmoleküle in der Atmosphäre. Ähnliches kann man in einem Kino beobachten: Von der Seite gesehen, hat der Projektionslichtstrahl einen blauen Schimmer. Der Schimmer ist das Ergebnis der Lichtstreuung an Staub- und Schwebeteilchen in der Luft.
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