See, kuidas kameeleonid värve muudavad, on sarnane sellele, kuidas erinevate värvide värvide segamine tekitab uusi värve. Üldiselt muudavad kameeleonid värve kromatofooride ja melaniini abil. Kromatofoorid on rakud, mis sisaldavad pigmenti või värvi; neil rakkudel on kaks kihti, millest ülemine kiht sisaldab punast või kollast pigmenti ja alumine kiht sinist või valget pigmenti. Melaniin seevastu on sisuliselt aine, mis määrab nahavärvi tumeduse, kusjuures rohkem melaniini põhjustab naha tumedamaks muutumist. Kui autonoomne närvisüsteem (ANS), närvisüsteemi osa, mis kontrollib keha tahtmatuid funktsioone, käsib rakkudel laieneda või kahaneda, segunevad erinevad värvid sarnaselt värviga ja muudavad kameeleoni nahavärvi.
Kuigi kameeleonidel on võime värve muuta, on mõnel liigil nende kuvatavate värvide valik piiratud. Sama kehtib ka paljude mustrite kohta, mida nad saavad kuvada. Üldiselt on enamik kameeleone võimelised muutuma rohelise, musta ja pruuni värvi vahel. Mõned kameeleonid võivad muutuda ka mitmesugusteks muudeks värvideks, kusjuures kõige eredamad värvimuutused ilmnevad tavaliselt isastel, kui nad otsivad ja on paaritumiseks valmis.
Kuigi mõne mustri eesmärk on aidata kameeleonidel ümbritsevaga sulanduda, on väga levinud eksiarvamus, et kameeleonid muudavad värve kamuflaažiks. See väärarusaam on arusaadav, kuna kameeleonid võivad muuta värve ja oma ümbrusega väga sarnaneda. Näiteks teatud mustrite ja värvidega kameeleon võib oksaga väga hästi sulanduda. Tegelikult muudavad kameeleonid värve nii keskkonnategurite nagu valguse ja temperatuuri mõjul kui ka reageerides oma emotsioonidele või meeleoludele. Võimalus värve muuta võimaldab kameeleonidel ümbritsevaga kohaneda ja mugavamaks muutuda ning aitab neil ka omavahel suhelda.
Kameeleonid muudavad värvi valguse ja temperatuuri peegeldamiseks või neelamiseks. Näiteks kuuma päikese all lamades võivad kameeleonid muutuda heledamaks, et peegeldada päikese heledust. Mis puutub temperatuuri, siis kui väljas on külm, võivad kameeleonid muutuda tumedamaks, et neelata võimalikult palju soojust. Üldiselt toimuvad värvimuutused aga enamasti meeleolumuutuste tõttu. Kui kameeleonid muudavad värve, võivad nad seda teha seetõttu, et nad väljendavad oma emotsioone, nagu viha või hirm.