W warstwie podstawnej naskórka zlokalizowane są melanocyty, komórki spokrewnione z nerwowymi, zdolne do syntezy barwnika. Ich wypustki sięgają do warstwy ziarnistej, gdzie barwnik jest uwalniany i pochłaniając promieniowanie ultrafioletowe, chroni DNA jąder komórkowych przed uszkodzeniem.

Melanina jest syntetyzowana z aminokwasu tyrozyny. Pierwsze etapy syntezy katalizowane są przez enzym o nazwie tyrozynaza. Metabolitem pośrednim jest DOPA-chinon, na tym etapie szlaki syntezy eumelaniny i feomelaniny się rozdzielają. Jeden melanocyt zaopatruje w ten sposób przeciętnie 36 keratynocytów. Ostatnie etapy syntezy obejmują polimeryzację cząsteczek w ziarna melaniny. Barwnik jest w tych komórkach umieszczany nad jądrem komórkowym, chroniąc DNA przed promieniowaniem nadfioletowym. Syntetyzowany barwnik gromadzony jest początkowo w premelanosomach, które dojrzewając, transportowane są do wypustek melanocytów, ulegają egzocytozie już jako melanosomy i wreszcie – wchłonięciu przez komórki warstwy ziarnistej i kolczystej. Receptor PAR-2 (protease-activated receptor 2) umożliwia rozpoznanie cząsteczki barwnika, którą komórka powinna wchłonąć. Aktywność PAR-2 rośnie w obecności UV.