Apenas como dois p-orbitais adjacentes em uma molécula formarão um pi-ligação, três ou mais p-orbitais adjacentes em uma molécula podem formar um pi-sistema conjugado. Em um sistema pi conjugado, os elétrons são capazes de capturar certos fótons à medida que os elétrons ressoam ao longo de uma certa distância de p-orbitais – similar a como uma antena de rádio detecta os fótons ao longo de seu comprimento. Normalmente, quanto mais conjugado (mais longo) for o sistema pi, maior será o comprimento de onda do fóton que pode ser capturado. Em outras palavras, com cada ligação dupla adjacente que vemos em um diagrama de moléculas, podemos prever que o sistema será progressivamente mais provável que pareça amarelo aos nossos olhos, já que é menos provável que absorva luz amarela e mais provável que absorva luz vermelha. (“Sistemas conjugados de menos de oito ligações duplas conjugadas absorvem apenas na região ultravioleta e são incolores ao olho humano”, “Compostos que são azuis ou verdes normalmente não dependem apenas de ligações duplas conjugadas”)
Nos cromóforos conjugados, os electrões saltam entre níveis de energia que são orbitais pi estendidos, criados por uma série de ligações alternadas simples e duplas, muitas vezes em sistemas aromáticos. Exemplos comuns incluem a retina (usada no olho para detectar a luz), vários corantes alimentares, corantes de tecido (compostos azóicos), indicadores de pH, licopeno, β-caroteno, e antocianinas. Vários fatores na estrutura de um cromóforo determinam em que região de comprimento de onda em um espectro o cromóforo irá absorver. O alongamento ou extensão de um sistema conjugado com ligações mais insaturadas (múltiplas) em uma molécula tenderá a deslocar a absorção para comprimentos de onda mais longos. As regras do Woodward-Fieser podem ser usadas para aproximar o comprimento de onda máximo de absorção ultravioletavisível em compostos orgânicos com sistemas pi-ligantes conjugados.
Alguns destes são cromóforos complexos metálicos, que contêm um metal em um complexo de coordenação com ligandos. Exemplos são a clorofila, que é utilizada pelas plantas para fotossíntese e hemoglobina, o transportador de oxigênio no sangue de animais vertebrados. Nestes dois exemplos, um metal é complexado no centro de um anel de macrociclo tetrapirrol: sendo o metal ferro no grupo heme (ferro em anel de porfirina) da hemoglobina, ou o magnésio complexado em anel do tipo cloro, no caso da clorofila. O sistema de união por pi do anel de macrociclo altamente conjugado absorve a luz visível. A natureza do metal central também pode influenciar o espectro de absorção do complexo metal-macrociclo ou propriedades como a vida útil do estado excitado. O tetrapyrrole moiety em compostos orgânicos que não é macrocíclico mas ainda tem um sistema de pi-bond conjugado ainda atua como um cromóforo. Exemplos de tais compostos incluem bilirrubina e urobilina, que exibem uma cor amarela.