变色龙的原理在于皮肤表层内的色素细胞，色素细胞中充满着不同颜色的色素。其中有三层色素细胞，最深的一层是由载黑素细胞构成，细胞带有的黑色素可与上一层细胞相互交融。中间层是由鸟嘌呤细胞构成，它主要调控暗蓝色素。最外层细胞则主要是黄色素和红色素。
变色龙变色龙的皮下有三种色素组织，绿色、蓝色和灰色。绿色和蓝色的色素组织呈长纺锤型，垂直于皮肤广泛分布在皮下，而灰色的色素组织就在绿色和蓝色的色素组织之下，平行于皮肤分布。变色龙变色的原理就在于绿色和蓝色色素组织的变化。
变色龙被称为“魔术师”，因为它能在不同的环境下，将自己的身体颜色变成与周围环境相似的颜色。变色龙的变色秘密是皮肤中有各种色素细胞，在光线、温度和湿度影响下，色素细胞或集中或分散，就能产生出与环境相适应的皮肤颜色了。
变色龙会随着背景、温度的变化和心情而改变皮肤；雄性变色龙会将暗黑的保护色变成明亮的颜色，警告其它变色龙离开自己的领地；有些变色龙还会将平静时的绿色变成红色来威胁敌人。目的是为了保护自己，避免遭袭击，使自己生存下来。
