植物の葉には、光合成を行うのに必要な光合成色素であるクロロフィル（緑色）やカロテノイド（黄色など）を多く含んでいます。これらの色素のうち、クロロフィルが最も多量に含まれていることから、普通、葉は緑色に見えています。
　しかし、秋になって気温が下がってくると、光合成の効率が低下し葉を維持する利益が減少してしまうため、葉を落とす準備を始めます。その準備の一つとして、葉に含まれる栄養素を翌春に再利用するために、幹や枝に回収します。この過程において、クロロフィルが分解され、種によってはアントシアニン（赤色の色素）やフロバフェン（茶色の色素）が合成されることで、色素量のバランスが変化し葉の色が変わります。
　紅葉は、1日の最低気温が8℃以下になると始まって、5～6℃以下になるとさらに紅葉が進むといわれています。また、紅葉が鮮やかになる条件として、昼夜の気温差が大きいことや日光がよく当たることなどが必要といわれています。