皮膚に針が刺さる瞬間、カラータトゥーの生命が始まります。刺青針は毎分数百回から数千回の頻度で表皮を突き抜け、真皮層へとインクを運搬します。ここに注入された色素微粒子は、単純に皮膚の表面に留まっているわけではありません。
真皮に到達した外国物質（インク粒子）に対し、体内の免疫システムが即座に反応します。貪食細胞であるマクロファージが色素を異物として認識し、取り込みを試みます。しかし、タトゥーインクの粒子サイズはマクロファージが分解処理できる限界を超えて大きいため、色素を抱え込んだまま真皮内に固定化されます。これが、カラータトゥーが半永久的に皮膚に残る生物学的メカニズムです。
人間の視覚が認識するタトゥーの色は、表皮というフィルターを通した光の反射によって決定されます。表皮の最外層にある角質やメラニン色素を通過した光が真皮内のカラーピグメントに当たり、特定の波長だけが反射されて眼球に届く仕組みです。したがって、同じカラーインクを使用した場合でも、個人の肌質やメラニンの量によって発色に明確な差異が生じることになります。
