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  黑色素體被脂質膜所包裹。一般來說,黑色素體具有香腸狀、雪茄狀或者其他形狀,對於不同物種,黑色素體具有不同的形狀。黑色素體在電子顯微鏡下有超微結構特徵,生物學家使用一套數字分類系統在研究中區分這些特徵。

  黑色素體中的黑色素合成酶通過催化聚合酪氨酸來合成黑色素。在色素含量不足以被光學顯微鏡所發現時,這種亞細胞結構被稱為前黑色素體。黑色素合成酶缺乏或功能喪失都可以引發白化病。

  當有訊號刺激時,黑色素體中的分子馬達將會使黑色素散佈或收縮,負責驅動黑色素收縮的分子馬達是動力蛋白,而負責驅動黑色素分散的是驅動蛋白。由於微管指向細胞外圍,只能做單向運動的驅動蛋白將黑色素運輸到細胞的周邊。將黑色素分散到細胞周圍會使細胞變暗,而使黑色素集中到細胞中心會是細胞顏色變淺。這是魚類在分子水平上自我防護的原理。對於頭足類如章魚的顏色變化則是由於色素細胞的變化,和黑色素體的變化不同。

  對於一些黑色素細胞,其黑色素體並不移動。但對於另一些黑色素細胞,其表面可以伸出偽足,使黑色素遠離細胞中心,改變細胞吸光能力。這種情況出現在面板黑色素細胞對於紫外線刺激的反應中,也出現在新生成的黑色素體中。

  古生物學家徐星等人在2008年到2010年的考古發現中發現的侏羅紀時期到第三紀晚期的多種鳥類、以及赫氏近鳥龍羽毛化石中有碳殘留,原先被認為是羽毛組織被細菌分解的遺留物,但實際上是黑色素體的印跡。其中的一些結構仍保留著原有的羽毛的色彩。古生物學家可以通過分析這些黑色素體的殘留遺蹟來分析原有生物的顏色和羽毛紋理。
黑色素體是一種包含黑色素的亞細胞結構,黑色素細胞、視網膜上皮細胞含有這種結構。僅僅靠吞噬得到黑色素體的細胞被稱為噬黑色素細胞。在甲殼類的許多種、魚類、兩棲類以及爬行類中,黑色素體在細胞中受激素或者神經的控制而具有高度的移動性,因此可以引起明顯的顏色變化。在魚類鱗片中,也發現了黑色素體。