Proprio come due p-orbitali adiacenti in una molecola formeranno un pi-bond, tre o più p-orbitali adiacenti in una molecola possono formare un pi-sistema coniugato. In un sistema pi coniugato, gli elettroni sono in grado di catturare certi fotoni quando gli elettroni risuonano lungo una certa distanza di p-orbitali – simile a come un’antenna radio rileva i fotoni lungo la sua lunghezza. Tipicamente, più coniugato (più lungo) è il sistema pi, più lunga è la lunghezza d’onda del fotone che può essere catturato. In altre parole, con ogni doppio legame adiacente aggiunto che vediamo nel diagramma di una molecola, possiamo prevedere che il sistema sarà progressivamente più probabile che appaia giallo ai nostri occhi perché è meno probabile che assorba la luce gialla e più probabile che assorba la luce rossa. (“I sistemi coniugati con meno di otto doppi legami coniugati assorbono solo nella regione ultravioletta e sono incolori per l’occhio umano”, “I composti che sono blu o verdi tipicamente non si basano solo sui doppi legami coniugati”)
Nei cromofori coniugati, gli elettroni saltano tra livelli energetici che sono orbitali pi estesi, creati da una serie di legami singoli e doppi alternati, spesso in sistemi aromatici. Esempi comuni includono il retinale (usato nell’occhio per rilevare la luce), vari coloranti alimentari, coloranti per tessuti (composti azoici), indicatori di pH, licopene, β-carotene e antociani. Diversi fattori nella struttura di un cromoforo contribuiscono a determinare a quale regione di lunghezza d’onda in uno spettro il cromoforo assorbirà. Allungando o estendendo un sistema coniugato con più legami insaturi (multipli) in una molecola si tenderà a spostare l’assorbimento verso lunghezze d’onda maggiori. Le regole di Woodward-Fieser possono essere usate per approssimare la lunghezza d’onda di assorbimento massimo ultravioletto-visibile nei composti organici con sistemi coniugati pi-bond.
Alcuni di questi sono cromofori complessi metallici, che contengono un metallo in un complesso di coordinazione con ligandi. Esempi sono la clorofilla, utilizzata dalle piante per la fotosintesi e l’emoglobina, il trasportatore di ossigeno nel sangue degli animali vertebrati. In questi due esempi, un metallo è complessato al centro di un anello di macrociclo tetrapirrolico: il metallo è il ferro nel gruppo eme (ferro in un anello porfirinico) dell’emoglobina, o il magnesio complessato in un anello tipo clorina nel caso della clorofilla. Il sistema di legami pi altamente coniugato dell’anello del macrociclo assorbe la luce visibile. La natura del metallo centrale può anche influenzare lo spettro di assorbimento del complesso metallo-macrociclo o proprietà come la durata dello stato eccitato. La moiety del tetrapirrolo in composti organici che non è macrociclico ma ha ancora un sistema pi-bond coniugato agisce ancora come cromoforo. Esempi di tali composti includono la bilirubina e l’urobilina, che mostrano un colore giallo.