变色龙可通过“调节”虹细胞内的纳米晶体结构来改变光线的折射。对变色龙皮肤的分析显示，变色龙的变色是由透明的被称为“光子晶体”的纳米物质控制的。光子晶体位于虹细胞层，在变色龙的色素细胞之下 。
变色龙为什么会变色取决于皮肤三层色素细胞，与其他爬行类动物不同的是，变色龙能够变换体色完全取决于皮肤表层内的色素细胞，在这些色素细胞中充满着不同颜色的色素。纽约康奈尔大学生物系的安德森对变色龙为什么会变色进行了详细解释：变色龙皮肤有三层色素细胞。
最深的一层是由载黑素细胞构成，其中细胞带有的黑色素可与上一层细胞相互交融。中间层是由鸟嘌呤细胞构成，它主要调控暗蓝色素。最外层细胞则主要是黄色素和红色素。安德森说，“基于神经学调控机制，色素细胞在神经的刺激下会使色素在各层之间交融变换，这也是变色龙为什么会变色的原因。”
生物学家研究发现，如光线、温度、湿度发生变化，或者受到惊吓时，变色龙皮肤内的色素细胞会发生迁移，从而引起颜色的变化。这是变色龙在自然环境中获得的一种特殊的本领。
在自然界中变色龙当之无愧是“伪装高手”，为了逃避天敌的侵犯和接近自己的猎物，这种爬行动物常在人们不经意间，根据需要改变身体颜色，然后一动不动地将自己融入周围的环境之中。
可以说，变色龙的变色实际上是一种伪装武器，用来弥补自身行动迟缓的缺陷，使其得以逃脱捕食者的追捕以及便于捕食。
