Quando la fenolftaleina viene aggiunta ad una base, subisce un viraggio da incolore a rosa. Questo perché la fenolftaleina è un acido debole che dona un protone (H+) in soluzioni acide, risultando in una soluzione incolore. Tuttavia, nelle soluzioni basiche, gli ioni idrossido (OH-) della base reagiscono con la fenolftaleina protonata, facendole perdere il protone e formando l'anione fenolftaleina. Questo anione è responsabile del colore rosa osservato nelle soluzioni basiche.

La reazione chimica che avviene può essere rappresentata come segue:

HIn (incolore) + OH- (base) → In- (rosa) + H2O

Dove HIn rappresenta la fenolftaleina protonata e In- rappresenta l'anione fenolftaleina.

Il cambiamento di colore della fenolftaleina è reversibile, il che significa che può tornare ad essere incolore se il pH della soluzione viene nuovamente abbassato aggiungendo un acido. Questa proprietà rende la fenolftaleina un utile indicatore per le titolazioni acido-base, dove viene utilizzata per segnalare il punto equivalente, ovvero il punto in cui l'acido e la base hanno completamente reagito.