Pigmen karotenoid, seperti karoten dan xantofil, berwarna kuning atau oranye dan biasanya sudah ada dalam daun sepanjang tahun. Namun, karena pigmen klorofil yang menutupi warna kuning atau oranye tersebut hilang, maka pigmen karotenoid dapat lebih terlihat di musim gugur. Oleh karena itu, daun yang biasanya berwarna hijau, akan berubah menjadi kuning atau oranye.
Pigmen antosianin, yang biasanya tidak ada dalam daun sepanjang tahun, mulai terbentuk ketika produksi klorofil berhenti. Pigmen ini dapat berwarna merah, ungu, atau biru. Ketika suhu di musim gugur menjadi lebih dingin, pigmen antosianin dapat lebih terbentuk, dan daun yang tadinya berwarna hijau, akan berubah menjadi merah atau ungu.
Sedangkan, pigmen antrasianin, yang biasanya hanya ditemukan pada jenis pohon tertentu, dapat memberikan warna biru atau ungu pada daun.
Namun, meskipun perubahan pigmen dalam daun menyebabkan daun berubah warna, tidak semua daun berubah warna di musim gugur. Beberapa jenis pohon, seperti pohon cemara atau pohon jarum, memiliki daun yang selalu hijau sepanjang tahun. Ada juga jenis pohon yang daunnya tidak berubah warna di musim gugur, namun langsung berguguran dari pohon, seperti pohon ginkgo.
