Abhängig von der Konzentration der Oxoniumionen wird der Indikator Phenolphthalein protoniert oder deprotoniert. Durch diesen Vorgang wird die Molekülstruktur verändert. Diese Änderung bewirkt, dass Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich mehr oder weniger ausgeprägt die $\\pi$‑Elektronen der konjugierten Doppelbindungen im Molekül in einen höheren Energiezustand anregen kann. Das beeinflusst die Farbe, die wir sehen, weil das Licht bestimmter Wellenlängen im Zuge der Anregung der Elektronen absorbiert wird und damit nicht mehr von der Lösung zu unseren Augen reflektiert werden kann. Die Strukturänderung des Moleküls durch Protonierung oder Deprotonierung ist also letztendlich für den Farbwechsel in sauren oder basischen Milieus verantwortlich.