变色原理是酚酞、石蕊等酸碱指示剂与氢离子或氢氧根离子形成了不稳定的有色醌式结构。以酚酞为例：
酚酞的醌式或醌式酸盐，在碱性介质中很不稳定，它会慢慢地转化成无色羧酸盐式；遇到较浓的碱液，会立即转变成无色的羧酸盐式。实质都是与溶液中的氢离子或氢氧根离子发生反应。
