Gleich wie zwei benachbarte p-Orbitale in einem Molekül eine pi-Bindung bilden, können drei oder mehr benachbarte p-Orbitale in einem Molekül ein konjugiertes pi-System bilden. In einem konjugierten pi-System können Elektronen bestimmte Photonen einfangen, wenn sie entlang eines bestimmten Abstands von p-Orbitalen in Resonanz gehen – ähnlich wie eine Radioantenne Photonen entlang ihrer Länge auffängt. Je konjugierter (länger) das pi-System ist, desto größer ist in der Regel die Wellenlänge des Photons, das eingefangen werden kann. Mit anderen Worten: Mit jeder zusätzlichen benachbarten Doppelbindung, die wir in einem Moleküldiagramm sehen, können wir vorhersagen, dass das System für unsere Augen immer wahrscheinlicher gelb erscheinen wird, da es weniger gelbes Licht und mehr rotes Licht absorbiert. („Konjugierte Systeme mit weniger als acht konjugierten Doppelbindungen absorbieren nur im ultravioletten Bereich und sind für das menschliche Auge farblos.“, „Verbindungen, die blau oder grün sind, beruhen in der Regel nicht nur auf konjugierten Doppelbindungen.“)
Bei den konjugierten Chromophoren springen die Elektronen zwischen Energieniveaus, die erweiterte pi-Orbitale sind, die durch eine Reihe von abwechselnden Einfach- und Doppelbindungen, oft in aromatischen Systemen, entstehen. Gängige Beispiele sind Retinal (das im Auge zur Lichterkennung verwendet wird), verschiedene Lebensmittelfarben, Stofffarbstoffe (Azo-Verbindungen), pH-Indikatoren, Lycopin, β-Carotin und Anthocyane. Verschiedene Faktoren in der Struktur eines Chromophors bestimmen, in welchem Wellenlängenbereich eines Spektrums das Chromophor absorbiert. Die Verlängerung oder Erweiterung eines konjugierten Systems mit mehr ungesättigten (Mehrfach-)Bindungen in einem Molekül verschiebt die Absorption tendenziell zu längeren Wellenlängen. Die Woodward-Fieser-Regeln können zur Annäherung an die Wellenlänge des Absorptionsmaximums im ultravioletten sichtbaren Bereich bei organischen Verbindungen mit konjugierten pi-Bindungssystemen verwendet werden.
Einige davon sind Metallkomplex-Chromophore, die ein Metall in einem Koordinationskomplex mit Liganden enthalten. Beispiele sind Chlorophyll, das von Pflanzen für die Photosynthese verwendet wird, und Hämoglobin, der Sauerstofftransporter im Blut von Wirbeltieren. In diesen beiden Beispielen ist ein Metall im Zentrum eines Tetrapyrrol-Makrozyklusrings komplexiert: das Metall ist Eisen in der Häm-Gruppe (Eisen in einem Porphyrinring) des Hämoglobins oder Magnesium, das im Falle des Chlorophylls in einem chlorinartigen Ring komplexiert ist. Das stark konjugierte pi-Bindungssystem des Makrozyklusrings absorbiert sichtbares Licht. Auch die Art des zentralen Metalls kann das Absorptionsspektrum des Metall-Makrozyklus-Komplexes oder Eigenschaften wie die Lebensdauer im angeregten Zustand beeinflussen. Der Tetrapyrrol-Anteil in organischen Verbindungen, die nicht makrozyklisch sind, aber dennoch ein konjugiertes pi-Bindungssystem aufweisen, wirkt ebenfalls als Chromophor. Beispiele für solche Verbindungen sind Bilirubin und Urobilin, die eine gelbe Farbe aufweisen.