Veids, kādā hameleoni maina krāsas, ir līdzīgs tam, kā dažādu krāsu krāsu sajaukšana rada jaunas krāsas. Parasti hameleoni maina krāsas, izmantojot hromatoforus un melanīnu. Hromatofori ir šūnas, kas satur pigmentu vai krāsu; šīm šūnām ir divi slāņi, augšējais slānis satur sarkanu vai dzeltenu pigmentu un apakšējais slānis satur zilu vai baltu pigmentu. No otras puses, melanīns būtībā ir viela, kas nosaka ādas krāsas tumšumu, jo vairāk melanīna rada tumšāku ādu. Kad autonomā nervu sistēma (ANS), nervu sistēmas daļa, kas kontrolē ķermeņa piespiedu funkcijas, liek šūnām paplašināties vai sarukt, dažādas krāsas sajaucas līdzīgi kā krāsa un maina hameleona ādas krāsu.
Lai gan hameleoniem ir iespēja mainīt krāsas, dažām sugām ir ierobežojumi krāsu diapazonam, ko tie var attēlot. Tas pats attiecas uz modeļu klāstu, ko tie var parādīt. Parasti lielākā daļa hameleonu spēj mainīties zaļā, melnā un brūnā krāsā. Daži hameleoni var mainīties arī dažādās krāsās, un visspilgtākās krāsas izmaiņas parasti parādās tēviņiem, kad tie meklē un ir gatavi pāroties.
Lai gan dažu rakstu mērķis ir palīdzēt hameleoniem saplūst ar apkārtni, ļoti izplatīts ir nepareizs uzskats, ka hameleoni maina krāsas, lai maskētu. Šis nepareizs priekšstats ir saprotams, jo hameleoni var mainīt krāsas un ļoti līdzināties apkārtnei. Piemēram, hameleons ar noteiktiem rakstiem un krāsām var ļoti labi saplūst ar zaru. Tomēr patiesībā hameleoni maina krāsas, reaģējot uz tādiem vides faktoriem kā gaisma un temperatūra, kā arī reaģējot uz savām emocijām vai noskaņojumu. Spēja mainīt krāsas ļauj hameleoniem pielāgoties apkārtējai videi un kļūt ērtākiem, kā arī palīdz tiem sazināties vienam ar otru.
Hameleoni maina krāsas, lai atspoguļotu vai absorbētu gaismu un temperatūru. Piemēram, guļot zem karstas saules, hameleoni var mainīties gaišākā krāsā, lai atspoguļotu saules spožumu. Runājot par temperatūru, kad ārā ir auksts, hameleoni var kļūt tumšāki, lai tie varētu absorbēt pēc iespējas vairāk siltuma. Tomēr kopumā lielāko daļu laika krāsu izmaiņas notiek garastāvokļa izmaiņu dēļ. Tādējādi, kad hameleoni maina krāsas, viņi to var darīt tāpēc, ka pauž savas emocijas, piemēram, dusmas vai bailes.