La fenolftaleina è un acido debole che è incolore nella sua forma acida. Quando viene aggiunto a un acido, subisce una reazione chimica chiamata protonazione, in cui lo ione idrogeno (H+) dell'acido si lega alla molecola di fenolftaleina.

Ciò fa sì che la fenolftaleina venga protonata e assuma una carica positiva. La molecola di fenolftaleina protonata subisce quindi una seconda reazione chimica chiamata tautomerizzazione, in cui riorganizza la sua struttura molecolare per formare un nuovo composto chiamato chinone.

Il chinone è responsabile del colore rosa associato alla fenolftaleina nelle soluzioni acide. Pertanto, quando la fenolftaleina viene aggiunta ad un acido, diventa rosa.