黑色素由皮肤中黑色素细胞合成。皮肤中黑色素细胞具有特殊的酪氨酸酶，这种酶能够将酪氨酸转化成多巴色素，多巴色素再经过一系列步骤变成黑色素。黑色素形成后通过黑色素细胞传递给周边表皮细胞，引起皮肤正常肤色。有人肤色深有人肤色浅，主要由皮肤中黑色素细胞合成的黑色素数量、性质决定。
不同种族人群皮肤中黑色素细胞数目均相同，黑色素合成的多少受较多因素影响，比如紫外线照射可以刺激黑色素细胞合成更多黑色素，皮肤会被晒黑；再比如皮肤炎症会消耗皮肤中还原性的巯基等化合物，这些物质消耗后对黑色素细胞合成黑色素不产生抑制作用，黑色素会合成更多可导致炎症后色素沉着。另外先天性疾病，比如色素痣由黑色素细胞在局部聚集而生，还有太田痣是先天性真皮色素聚集，所以黑色素本身属于生理性黑色素细胞合成的物质。但如果产生过多，分布不正常，有可能形成皮肤的色素斑。
