As diferentes cores existem por um motivo: a quantidade de melanina (um tipo de pigmento que dá cor aos olhos, pele e cabelo) presente na íris, região colorida do globo ocular. A genética é o fator que irá controlar a quantidade de melanina que uma pessoa acumulará no corpo.

Nos olhos escuros, por exemplo, existe uma acumulação de células ricas em melanina (melanócitos) na camada anterior da íris. Estas células absorvem a maior parte da luz e refletem uma determinada quantidade de luz marrom-amarelada.

Os olhos azuis são determinados por uma quantidade de melanócitos menor ou quase nula. A maior parte dos raios luminosos incidentes atravessa a camada sem pigmentação da íris, onde os comprimentos de onda mais curtos (luz azul) são refletidos.

Já os olhos verdes se caracterizam por uma quantidade mediana de melanócitos, por isso o reflexo da luz marrom-amarelada se mistura com a luz azul resultando na cor esverdeada.
Ou seja, conforme a quantidade melanócitos na íris diminui progressivamente, os resultados das cores sofrem variações, que vão desde o castanho-escuro, passando pelo verde, até a gradação do azul para o cinza.

Alguns bebês nascem com olhos azuis ou acinzentados porque os melanócitos ainda não foram estimulados a produzir a melanina e a variação da cor do olho da criança pode acontecer até o primeiro ano de vida.