生物染色的目的是增强标本结构在显微镜下的反差和分辨率。随着近代对生物显微结构的观察研究，染色技术从原始的染料着色操作演变成一门系统的学问。生物染色涉及的科学原理得以逐渐揭示，并出现了专门术语。迄今为止，染色技术仍在缓慢发展，而专业术语需要保持一定的延续性和稳定性。因此，不少染色法相关术语带有强烈的历史色彩。从科学原理上理解生物染色术语，有助于掌握和熟练应用各类染色技术。
1. 生色团和助色团
使有机物分子产生颜色的基团称为“生色团”（chromophore）。生色团含有不饱和键，当有机物分子中具有生色团结构时，其吸收光谱将由紫外向可见光（波长变长）方向移动，从而显示出特征性颜色。基本原理是这些基团能发生π → π*或n → π*跃迁。加入生色团的有机分子并非一定有颜色，还需要形成较大的共轭体系，使π电子的活动性增大，更容易发生跃迁。如图1，联苯是无色分子；加入乙烯基这个生色团后，二苯乙烯仍然无色；但加入多个乙烯基形成的二苯基共轭辛四烯，由于共轭体系较大，就显示出绿色。
生色团的种类很多，比如乙烯基、硝基、亚硝基、偶氮基、对醌基、邻醌基等。生色团的化学性质、吸收波长和吸光能力的参数可在化学手册上查到。如果具有生色团的有色分子同时又与某种生物分子具有亲和力，则具备了充当“生物染色剂”的基本条件。否则，仅有颜色而不能着染生物分子的化合物，称为“色原”（chromogen）。
此外，能使色原或潜在色原分子颜色加深，或极性加大，或与生物分子着染的亲和力增强的基团，称为“助色团”（auxochrome）。助色团通常是含有杂原子的饱和基团，如羟基、巯基、氨基、卤素等。杂原子的未共用p电子对形成p-π共轭，使助色团产生n → π*跃迁，于是吸收光谱向长波方向移动，且吸光能力可能增强（颜色更深）。图2展示了颜色加深、极性加大和着染亲和力增强的3个例子。
（A）颜色加深效应；（B）极性加大；（C）亲和力增强（三硝基苯在加入助色团成为三硝基苯酚后，与蛋白质的亲和力增强，成为真正的染色剂）。图中虚线框示助色团。
2. 生物染色剂的酸碱性及其用途分类
具有颜色且能与生物分子亲和的生物染色剂有很多种。其中有的提取自天然的动植物成分，如苏木素、胭脂红、地衣红等；还有更多的则是根据生色团和助色团原理人工合成的化合物，如伊红、苏丹III、甲苯胺蓝等。
按照染色剂的化学性质，可大致分为酸性和碱性两种。这里的酸碱性并不是指染色剂的溶液呈酸性或碱性，而是针对助色团而言的（图3）。酸性染色剂含有酸性助色团，水溶液中电离出的有色且有染色亲和力的离子为阴离子，故又称阴离子染色剂。伊红、桔黄G、三硝基苯酚、刚果红等属于此类。酸性染色剂通常着染细胞质等“嗜酸性”的成分。
相反，碱性染色剂含有碱性助色团，水溶液中电离出的有效染色成分为阳离子，故又称阳离子染色剂。中性红、亚甲基蓝、甲苯胺蓝、甲基绿等属于此类。碱性染色剂通常作为胞核染色剂，并可显示其他某些“嗜碱性”的成分。
苏木素（hematoxylin）等少数染色剂的性质比较特殊。苏木素分子需要适当氧化（称“苏木红”（hematein），如图4）才具有染色亲和力。此时，分子内含有酸性助色团酚羟基，但该基团酸性很弱，对染色亲和力无实质性贡献。半氧化的苏木素必须与铝或铁等化合物结合，成为带正电荷的染色离子。故苏木素虽然没有碱性助色团，但实际上构成的染色离子为阳离子，当属碱性染料。
按照着染结构的不同，可将生物染色剂分为胞核染色剂、胞浆染色剂和特殊成分染色剂（如着染糖类、脂类、核酸等）。常用染色剂的名称和用途见表1。
