A szemünk színéért – szüleinken kívül – egy melanin nevű barna pigment a felelős (csakúgy mint a bőr- és a hajszínért), ami a szem szivárványhártya (írisz) részében található, és tulajdonképpen ennek a pigmentnek az eltérő mennyiségéből következik, hogy kinek milyen színű is lesz a szeme.
Eredetileg, vagyis az ősidőkben az emberek barna szemekkel látták meg a napvilágot, azonban az idők folyamán bekövetkezett kisebb mutációk miatt egyeseknél megváltozott a melanin termelésének mennyisége, és így alakult ki a kék, a zöld vagy éppen a szürke szemszín.
Tehát minél több a barna melanin pigment, annál több fényt tud elnyelni, és a szemek annál barnábbak lesznek.
Azonban a szivárványhártyában található melanin mennyisége nem mindig alakul ki rögtön, amikor megszületünk. Sok esetben a gének csak lassabban “gyártják” le a bekódolt mennyiséget, így előfordulhat, hogy a gyermek kék szemekkel születik, aztán 1-2 év múlva már barna szeműen pislog ránk. A felnőttkorban tapasztalt ideiglenes szemszínváltozás kapcsán azonban már szó sincs a pigmentek mennyiségének változásáról, annál inkább az optika törvényei “játszadoznak” velünk.
A szivárványhártyában helyezkednek el a pupillát tágítani, illetve szűkíteni képes izmok, ezek segítségével szabályozható, hogy mennyi fény hatoljon a szemünkbe. Azonban nem csak a fény hatására változhat a pupilla nagysága, hanem valamilyen hangulatváltozás következtében is. Például stresszes állapotban a pupilla szűkebb lesz, és ezáltal a körülötte lévő íriszt több fény fogja érni, ami hatással lehet a szemszínre is.
A megváltozott fényvisszaverődés miatt ugyanis a világosabb szeműeknél más színűnek látszik majd a szivárványhártya. Másik szemszínváltoztató tényező lehet az arcizmok változása, legyen az tudatos (mondjuk egy grimasz) vagy spontán (például fejfájáskor). Hangulatváltozáskor a szem körüli izmok összehúzódása és ernyedése következményeként a nyitott szem formája változik. Ha ez a változás rövid ideig is tart (mondjuk egy percig), máris hatása lesz a szemet érő fény mennyiségére és a fény behatolási szögére, ezek a kis változások pedig a szivárványhártyáról visszatükröződő fényt fogja befolyásolni, ezáltal a szemszín is másnak látszódhat, eltérhet az eredetitől.