晒黑分为两个阶段，都是基于表皮中的黑色色素黑色素（特别是被称为真黑色素的棕色形式）。阳光中的紫外线（UV）会氧化并使现有的黑色素变黑，使皮肤短时间内变黑。这甚至可以解释被太阳晒黑的尸体。
许多人所期望的更持久的古铜色皮肤的机制是，表皮基底层的细胞对阳光中的紫外线辐射做出反应，增加它们黑色素的合成。这些细胞（称为黑色素细胞）有章鱼一样的手臂，延伸到表皮的大多数细胞（称为角化细胞）。它们从这些臂的顶端脱落含有黑色素的小泡，称为黑素体。角质细胞内化这些细胞并从中释放黑色素。在角质细胞中，黑色素颗粒聚集在阳光下（向上）大小的细胞核上，在那里形成一个遮阳伞，就像一个小的分子遮阳伞，覆盖在细胞核上，保护它们的DNA免受辐射的有害影响。正是这些黑色素的聚集物让皮肤看起来黝黑。
晒伤的机制是，首先，紫外线辐射导致真皮的小动脉（小动脉）和毛细血管扩张。（不是表皮，表皮没有血管。）这增加了该区域的血液流动，并导致短暂的皮肤发红，机制类似于发热或尴尬的发红。血流量的增加也是造成晒伤皮肤热感的原因，而紫外线受损细胞释放出的化学物质会刺激神经末梢并导致疼痛。
晒伤的持续时间较长是因为这些小血管（可能也包括小静脉）被紫外线破坏，变得更容易渗透。红细胞（rbc）逃离血液进入周围的组织并聚集在那里。这些渗出的红细胞（意为血管外）通过薄而透明的表皮显示出来，是晒伤皮肤持久发红的基础。这在机制上类似于被热水烫伤后的发红，而不是短暂的脸红或潮红。溢出的红细胞会一直留在体内，直到身体的细胞看门人巨噬细胞（大吞噬细胞）将它们清理干净，然后组织自行修复。严重（二级）晒伤的水泡起因于液体从被晒伤的血管渗出，并在真皮和表皮之间的口袋中积聚。
