变色龙的名字就源于它会变色，至于变色龙为什么会变色，生物学家们众说纷纭。不过目前变色龙为什么会变色，最多人认同的是，变色龙皮肤有三层色素细胞的说法。还有一种说法是，变色龙调节皮肤表面的纳米晶体，可以改变光的折射。

在自然界中变色龙当之无愧是“伪装高手”，为了逃避天敌的侵犯和接近自己的猎物，这种爬行动物常在人们不经意间，根据需要改变身体颜色，然后一动不动地将自己融入周围的环境之中。变色龙为什么会变色？可以说，变色龙的变色实际上是一种伪装武器，用来弥补自身行动迟缓的缺陷，使其得以逃脱捕食者的追捕以及便于捕食。

变色龙为什么会变色取决于皮肤三层色素细胞，与其他爬行类动物不同的是，变色龙能够变换体色完全取决于皮肤表层内的色素细胞，在这些色素细胞中充满着不同颜色的色素。纽约康奈尔大学生物系的安德森对变色龙为什么会变色进行了详细解释：变色龙皮肤有三层色素细胞。

最深的一层是由载黑素细胞构成，其中细胞带有的黑色素可与上一层细胞相互交融。中间层是由鸟嘌呤细胞构成，它主要调控暗蓝色素。最外层细胞则主要是黄色素和红色素。安德森说，“基于神经学调控机制，色素细胞在神经的刺激下会使色素在各层之间交融变换，这也是变色龙为什么会变色的原因。”

变色这种生理变化，一种说法是在植物性神经系统的调控下，通过皮肤里的色素细胞的扩展或收缩来完成的，另一种说法是在最近的研究中发现，变色龙不是靠色素细胞变色，而是靠调节皮肤表面的纳米晶体，通过改变光的折射而变色的。

各种的体色变化不同，其变色机制是︰植物神经系统控制含有色素颗粒的细胞(黑素细胞)，扩散或集中细胞内的色素。许多种类能变成绿色、黄色、米色或深棕色，常带浅色或深色斑点。颜色变化决定于环境因素，如光线、温度以及情绪(惊吓、胜利和失败)。人们普遍认为，变色龙变色是为了与周围环境颜色一致，这其实是误解。

变色龙的变色现象与其他生物的保护色、警戒色相似。变色龙的肤色会随着背景、温度和心情的变化而改变;雄性变色龙会将暗黑的保护色变成明亮的颜色，以警告其它变色龙离开自己的领地;有些变色龙还会将平静时的绿色变成红色来威吓敌人。目的是为了保护自己，免遭袭击，使自己生存下来。