Daun-daun pohon yang berganti daun adalah tanda selamat datang musim gugur dan malamnya yang lebih panjang dan lebih dingin. Merah cerah, kuning, dan oranye membentuk skema warna musim gugur, dan mereka semua adalah bagian dari sifat siklus musim. Daun di pohon, semak, dan tanaman berubah warna ketika mereka memulai proses tidak aktif selama musim dingin.
Daun adalah bagian tanaman dan pohon yang membuat makanan yang diperlukan untuk mempertahankan kehidupan. Pohon menggunakan sinar matahari, air, dan karbon dioksida yang diambil dari udara untuk menghasilkan energi. Karbon dioksida dan air diubah menjadi glukosa, yang merupakan sejenis gula. Glukosa tersebut kemudian digunakan sebagai energi bagi pohon untuk hidup dan tumbuh. Seluruh proses ini disebut fotosintesis. Daun berwarna hijau karena mengandung klorofil kimia, yang memfasilitasi fotosintesis.
Begitu siang dan malam mulai mendingin dan malam semakin panjang, pepohonan merasakan bahwa musim gugur dan musim dingin sudah dekat. Dalam persiapan pohon untuk tidak aktif, sirkulasi ke daun, yang tidak lagi diperlukan untuk menghasilkan makanan, terputus. Karena malam yang lebih panjang dan sinar matahari yang berkurang, produksi klorofil berkurang, artinya hijau pada akhirnya akan hilang dari daun. Beberapa pigmen yang menyebabkan warna cerah pada daun, seperti karotenoid, sudah ada di daun, tetapi dikaburkan oleh klorofil hijau. Karotenoid bertanggung jawab atas warna kuning, oranye, dan cokelat.
Pigmen yang menyebabkan warna merah cerah, russet, dan ungu disebut anthocyanin. Ini diproduksi di daun beberapa spesies di musim gugur karena jumlah glukosa yang berlebihan di daun, bersama dengan cahaya terang musim gugur. Inilah sebabnya mengapa spesies pohon tertentu menghasilkan daun berwarna merah cerah dibandingkan dengan yang lain yang menghasilkan warna kuning atau emas.
Maple dikenal karena rangkaian palet musim gugurnya. Varietas maple yang berbeda berubah menjadi merah cerah, ungu, kuning, atau hampir tidak berwarna di musim gugur. Pohon ek cenderung menghasilkan warna coklat dan merah karena limbah di daunnya. Pohon hickory memiliki daun coklat keemasan, dan aspen dan poplar menguning. Dogwoods menghasilkan daun ungu kemerahan, sedangkan sourwoods dan tupelo hitam menghasilkan daun merah cerah. Elm bisa sedikit mengecewakan, karena daunnya biasanya berubah warna menjadi coklat dan rontok tanpa terlihat.
Spesies yang berbeda berputar pada waktu yang berbeda. Pepohonan di wilayah timur Amerika Serikat cenderung lebih awal, pada bulan September, seperti halnya di Pegunungan Rocky tengah. Pada akhir November, pohon-pohon di Pegunungan Smoky, Adirondacks, dan Appalachian semuanya akan gugur. Di barat, pohon-pohon di daerah pegunungan cenderung tumbuh paling akhir.
Beberapa faktor berdampak pada warna musim gugur, membuat beberapa tahun lebih baik atau lebih buruk untuk dilihat daripada yang lain. Warna musim gugur terbaik adalah karena musim semi yang lebih hangat dan hujan, cuaca yang baik selama musim panas, dan hari-hari musim gugur yang lebih hangat dan cerah dan malam yang sejuk. Pertunjukan musim gugur yang lebih mengecewakan mungkin karena musim semi nanti, kekeringan selama musim panas, dan mantra yang lebih hangat selama musim gugur.