二色性（或多色性）是一種現象，即材料或溶液的色調既取決于吸收物質的濃度，又取決于所穿越介質的深度或厚度。在大多數不是二色性的物質中，只有顏色的亮度和飽和度取決于其濃度和層厚。分色性物質的例子是南瓜籽油、溴酚藍和雷沙津。當南瓜籽油層的厚度小于0.7毫米時，該油看起來是鮮綠色的，而在比這更厚的層中，它看起來是鮮紅色的。這種現象與物質的物理化學特性和人類視覺系統對顏色的生理反應都有關。這種物理化學-生理學的綜合基礎在2007年首次被解釋。在寶石中，二色性有時被稱為"Usambara效應"。

二色性可以用比爾-朗伯定律和人類視網膜中三種類型的錐體光感受器的激勵特性來解釋。在任何具有吸收光譜的物質中都可能觀察到二色性，這些吸收光譜有一個寬而淺的局部最低點和一個窄而深的局部最低點。深層最小值的明顯寬度也可能受到人眼可見范圍的限制；在這種情況下，真正的全寬不一定是窄的。隨著物質厚度的增加，可感知的色調會從寬而淺的最小值的位置（在薄層）變為深而窄的最小值的色調（在厚層）。南瓜籽油的吸收光譜在光譜的綠色區域有寬而輕的最小值，在紅色區域有深而窄的局部最小值。在薄層中，任何特定的綠色波長的吸收都沒有紅色最小值那么低，但有一個更寬的綠色波長帶被透射出來，因此整體上看起來是綠色的。根據比爾-朗伯定律，當通過有色物質觀察時（因此忽略了反射），在一個給定的波長，T，透射的光的比例隨著厚度t呈指數下降，T=e-at，其中a是該波長的吸收率。讓G=e-aGt為綠色透射率，R=e-aRt為紅色透射率。

那么這兩個透射強度的比值為（G/R）=e（aR-aG）t。如果紅色的吸光度小于綠色的吸光度，那么隨著厚度t的增加，紅色與綠色透射光的比例也會增加，這就導致顏色的表觀色調從綠色轉向紅色。

材料的二色性程度可以通過Kreft的二色性指數（DI）進行量化。它被定義為稀釋時樣品的顏色（xxx色度（顏色飽和度））與四倍稀釋（或更薄）和四倍濃縮（或更厚）樣品的顏色之間的色相角差異（Δhab）。這兩種色相角度的差異分別被稱為對淺色的二色性指數（Kreft'sDIL）和對深色的二色性指數（Kreft'sDID）。南瓜油是二色性xxx的物質之一，Kreft的二色性指數DIL和DID分別為-9和-44。這意味著，當觀察層的厚度從大約0.5毫米增加到2毫米時，南瓜油的顏色從黃綠色變為橙紅色（在Lab色彩空間中為44度）；如果其厚度減少4倍，則略微向綠色變化（9度）。

據記載，威廉-赫歇爾（1738-1822）在1801年使用硫酸亞鐵和堅果酊的溶液觀察到了二色性，當時他正在制作一個早期的太陽望遠鏡，但他并沒有認識到這種效果。