Κατά τη μετάβαση από το καλοκαίρι, τα πράσινα φύλλα πολλών δέντρων μεταμορφώνονται σε εντυπωσιακές αποχρώσεις κόκκινου, πορτοκαλί, κίτρινου και καφέ. Αυτή η αλλαγή είναι αποτέλεσμα των χημικών διεργασιών που προκαλούνται από την αλλαγή του καιρού.
Οι χρωστικές του φθινοπώρου υπάρχουν καθ’ όλη τη διάρκεια του χρόνου, αλλά καλύπτονται από την πράσινη χλωροφύλλη.
Η χλωροφύλλη απορροφά ηλιακή ενέργεια, μετατρέποντας το διοξείδιο του άνθρακα και το νερό σε υδατάνθρακες που τροφοδοτούν το δέντρο. Απορροφά την μπλε και την ερυθρή ακτινοβολία, ενώ αντανακλά το πράσινο, δίνοντας στα φύλλα το χρώμα τους.
Ωστόσο, δεν αλλάζουν όλα τα δέντρα χρώμα το φθινόπωρο. Τα αειθαλή, όπως το πουρνάρι και η βελανιδιά, παραμένουν πράσινα όλο το χρόνο, ενώ τα φυλλοβόλα ρίχνουν τα φύλλα τους ετησίως. Τα αειθαλή περιλαμβάνουν επίσης τα κωνοφόρα, όπως το πεύκο και το έλατο.
Το φθινόπωρο, οι ημέρες μικραίνουν, το φως μειώνεται και η παραγωγή χλωροφύλλης στα δέντρα επιβραδύνεται και τελικά σταματά. Τα δέντρα, προετοιμαζόμενα για το χειμώνα, αποθηκεύουν θρεπτικά συστατικά στις ρίζες τους για την άνοιξη.
Όταν η χλωροφύλλη διασπάται, αποκαλύπτονται οι άλλες χρωστικές, όπως τα καροτενοειδή, που δίνουν τα πορτοκαλί και καφέ χρώματα, και οι ξανθοφύλλες, υπεύθυνες για το κίτρινο. Οι ανθοκυανίνες δίνουν κόκκινα, μοβ και ροζ χρώματα στα φθινοπωρινά φύλλα.
Τα δέντρα ρίχνουν τα φύλλα τους το φθινόπωρο επειδή δεν μπορούν να αξιοποιήσουν πλέον την ενέργειά τους το χειμώνα.
Τα πεσμένα φύλλα περιέχουν ακόμη υδατάνθρακες και σάκχαρα, που από την αποσύνθεσή τους παρέχουν θρεπτικές ουσίες στο έδαφος, απαραίτητες για την επιβίωση των δέντρων. Έτσι, η διαδικασία της πτώσης των φύλλων παίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση των δέντρων κατά τους χειμερινούς μήνες.