落葉は土壌生物のエサとなる。土壌生物によって落葉が分解される過程で無機養分は土中へと放出される。植物はこれらの養分を吸収して生活している。長い間、土地上の落葉を採取していくと土壌や植生に変化を与えることがある。森林では地表面が落葉で覆われることで土壌の水分や温度の変動が比較的安定している。メカニズム.落葉は複雑な生理的過程である。葉は生長期に葉緑素を増やすが、秋になって気温が下がったり、あるいは乾季に入って乾燥ストレス(水ストレス)が増したりすると、葉緑素の合成が減り、分解が増える。また紅葉(または黄葉)する種類では、他の色素の合成が増えることもある。これらの色素にはカロテノイド(黄色から橙色)やアントシアニン(赤から紫)がある。カロテノイドに関しては、もともと含まれているが、葉緑素の分解に伴いその色が目立つようになる。アントシアニンはいつもあるわけではなく、秋になり日長が短くなると合成され始める(ただし若葉での合成が多い樹種もある)。このような紅葉は、温帯の植物に限られ、熱帯の落葉樹にはない。その意義は植物学的には葉の老化過程として説明されている。秋になって気温が下がり、気象条件が光合成に適さなくなると、植物は光合成の装置を分解しはじめる。葉に含まれる栄養素を幹に回収して、翌年の春に再利用するためである。この老化過程で、葉を光による害から守るためにアントシアニンを合成したり、カロチノイドが葉に残されたりする。落葉は葉柄と茎との間に離層と呼ばれる境が形成されることで始まる。この層は、葉が盛んに生長する時期に既に作られており、互いに離れうる細胞の層で構成される。この細胞は葉やその他の部分で作られる植物ホルモンの一種、オーキシンに敏感である。個々の葉で作られるオーキシンの量が他の部分から来るオーキシンの量と同程度であるうちは、離層細胞は離れない。しかし、季節的条件やストレスによって葉からのオーキシンが減ると、離層が伸び、それによって細胞層の間の結合が離れる。また離れた部分はコルク質で塞がれるので、樹液が漏れずにすむ。離層形成にはオーキシンの他にジャスモン酸、エチレンなども関わっているといわれる。