Al igual que dos orbitales p adyacentes en una molécula formarán un enlace pi, tres o más orbitales p adyacentes en una molécula pueden formar un sistema pi conjugado. En un sistema pi conjugado, los electrones son capaces de capturar ciertos fotones a medida que los electrones resuenan a lo largo de una determinada distancia de orbitales p, de forma similar a como una antena de radio detecta fotones a lo largo de su longitud. Normalmente, cuanto más conjugado (más largo) es el sistema pi, mayor es la longitud de onda del fotón que se puede capturar. En otras palabras, con cada doble enlace adyacente que veamos en el diagrama de una molécula, podemos predecir que el sistema será progresivamente más probable que aparezca amarillo a nuestros ojos, ya que es menos probable que absorba luz amarilla y más probable que absorba luz roja. («Los sistemas conjugados de menos de ocho dobles enlaces conjugados sólo absorben en la región ultravioleta y son incoloros para el ojo humano», «Los compuestos que son azules o verdes típicamente no dependen de los dobles enlaces conjugados solamente»)
En los cromóforos conjugados, los electrones saltan entre niveles de energía que son orbitales pi extendidos, creados por una serie de enlaces simples y dobles alternados, a menudo en sistemas aromáticos. Algunos ejemplos comunes son el retinal (utilizado en el ojo para detectar la luz), varios colorantes alimentarios, tintes para tejidos (compuestos azoicos), indicadores de pH, licopeno, β-caroteno y antocianinas. Varios factores de la estructura de un cromóforo determinan en qué región de la longitud de onda del espectro absorbe el cromóforo. Alargar o extender un sistema conjugado con más enlaces insaturados (múltiples) en una molécula tenderá a desplazar la absorción a longitudes de onda más largas. Las reglas de Woodward-Fieser pueden utilizarse para aproximar la longitud de onda de absorción máxima ultravioleta-visible en compuestos orgánicos con sistemas conjugados de enlaces pi.
Algunos de ellos son cromóforos de complejos metálicos, que contienen un metal en un complejo de coordinación con ligandos. Algunos ejemplos son la clorofila, utilizada por las plantas para la fotosíntesis, y la hemoglobina, el transportador de oxígeno en la sangre de los animales vertebrados. En estos dos ejemplos, un metal está complejado en el centro de un macrociclo tetrapirrólico: el metal es el hierro en el grupo hemo (hierro en un anillo de porfirina) de la hemoglobina, o el magnesio complejado en un anillo de tipo clorina en el caso de la clorofila. El sistema de enlace pi altamente conjugado del anillo del macrociclo absorbe la luz visible. La naturaleza del metal central también puede influir en el espectro de absorción del complejo metal-macrociclo o en propiedades como el tiempo de vida del estado excitado. La fracción de tetrapirrol de los compuestos orgánicos que no son macrocíclicos, pero que tienen un sistema conjugado de enlaces pi, sigue actuando como cromóforo. Algunos ejemplos de estos compuestos son la bilirrubina y la urobilina, que presentan un color amarillo.