秋天樹葉會變色的原因主要是由於植物體內葉綠素、類胡蘿蔔素以及花青素等色素的濃度和比例發生變化。葉綠素是參與光合作用的重要色素，它能夠吸收大部分的紅光和紫光，同時反射綠光，這就是葉綠素呈現綠色的原因。在春季到夏季期間，隨着氣溫的升高，植物有足夠的水分和營養物質，葉綠素的合成速度大於分解速度，因此在樹葉中積累，使得樹葉呈現綠色。然而，進入秋季後，氣溫逐漸降低，低溫抑制了葉綠素的合成，導致樹葉中的葉綠素含量逐漸減少，樹葉的綠色也隨之變淡。
與此同時，樹葉中的類胡蘿蔔素和花青素等輔助色素保持相對穩定。類胡蘿蔔素是光合作用的輔助色素，顏色多爲黃色、橙色和紅色，在葉綠素含量下降後，類胡蘿蔔素的顏色開始顯現，使樹葉變黃或變紅。花青素則在不同的pH值下顯現不同的顏色，在酸性環境中顯示爲紅色。秋天時，樹葉中積累的糖分無法迴流到樹幹，這些糖分逐漸氧化形成有機酸，從而使花青素顯示爲紅色。
因此，隨着秋季的到來，光照減弱和溫度下降，植物的光合作用減弱，葉綠素減少，其他色素如葉黃素、胡蘿蔔素和花青素開始顯現，導致樹葉呈現出黃色、紅色等豐富多彩的顏色。