黑素細胞的其中一個主要功能是在黑素小體合成黑素顆粒。黑素合成過程需要的酶，包括酪氨酸激酶 (TYR) 、酪氨酸酶相關蛋白 (TYRP-1) 和多巴色素異構酶 (DCT) 。黑素合成量取決于酪氨酸激酶的含量和活性大小。黑素細胞中合成的黑素以黑素體形式被轉運。黑素相關轉運蛋白Rab27a是一種小分子鳥苷酸結合蛋白，通過其C末端固定于黑素體膜，并和黑素親和素蛋白、肌凝蛋白Va構成三聯分子復合物 ，結合肌動蛋白微絲，并水解ATP提供動力，參與黑素細胞中黑素體的轉運過程。有研究表明，黑素細胞樹狀突起的數量及長度增加，有利于黑素小體的轉運和分布，在樹狀突起較長的細胞中轉運相關蛋白Rab27a蛋白的表達也有所增加。黑素顆粒進入角質形成細胞后，像傘樣或者帽樣覆蓋于細胞核頂上方，保護細胞核免受紫外線輻射的損傷。同時，合成的黑素賦于不同人皮膚、頭發和眼睛顏色的不同。人體皮膚的顏色主要取決于黑素細胞的數量、黑素的含量、黑素體的分布和轉移。
