Sättet på vilket kameleonter byter färg liknar hur man blandar olika färger av färg skapar nya färger. I allmänhet ändrar kameleoner färger genom att använda kromatoforer och melanin. Kromatoforer är celler som innehåller pigment eller färg; dessa celler har två lager, där det översta lagret innehåller rött eller gult pigment och det undre lagret innehåller blått eller vitt pigment. Melanin, å andra sidan, är i huvudsak ett ämne som bestämmer mörkret i hudfärgen, med närvaron av mer melanin som orsakar mörkare hud. När det autonoma nervsystemet (ANS), en del av nervsystemet som kontrollerar ofrivilliga funktioner i kroppen, säger åt cellerna att expandera eller krympa, blandas de olika färgerna ihop ungefär som färg och ändrar en kameleonts hudfärg.
Även om kameleonter har förmågan att ändra färger, har vissa arter gränser för utbudet av färger som de kan visa. Detsamma gäller utbudet av mönster som de också kan visa. I allmänhet kan de flesta kameleoner växla mellan färgerna grönt, svart och brunt. Vissa kameleoner kan också ändras till en mängd andra färger, med de mest livfulla färgförändringarna som vanligtvis uppträder hos hanar när de letar och är redo att para sig.
Även om syftet med vissa mönster är att hjälpa kameleonter att smälta in i sin omgivning, är det en mycket vanlig missuppfattning att kameleoner byter färg för att kamouflera. Denna missuppfattning är förståelig, eftersom kameleoner kan ändra färger och mycket likna sin omgivning. Till exempel kan en kameleont med vissa mönster och färger smälta in väldigt bra med en gren. I själva verket ändrar kameleonter färger som reaktion på sådana miljöfaktorer som ljus och temperatur, såväl som som reaktion på deras känslor eller humör. Förmågan att ändra färger gör att kameleonter kan anpassa sig till sin omgivning och bli mer bekväma och hjälper dem också att kommunicera med varandra.
Kameleoner ändrar färger för att reflektera eller absorbera ljus och temperatur. När man ligger under den heta solen, till exempel, kan kameleonter ändras till en ljusare färg för att reflektera solens ljusstyrka. När det gäller temperaturen, när det är kallt ute, kan kameleonter bli mörkare i färgen så att de kan absorbera så mycket värme som möjligt. Men i allmänhet sker färgförändringar oftast på grund av förändringar i humör. Som sådan, när kameleonter ändrar färg, kan de göra det för att de uttrycker sina känslor, som ilska eller rädsla.