Fenolftalein är en svag syra som är färglös i sin sura form. När den tillsätts till en syra genomgår den en kemisk reaktion som kallas protonering, där vätejonen (H+) från syran binder till fenolftaleinmolekylen.

Detta gör att fenolftaleinet protoneras och antar en positiv laddning. Den protonerade fenolftaleinmolekylen genomgår sedan en andra kemisk reaktion som kallas tautomerisering, där den omordnar sin molekylära struktur för att bilda en ny förening som kallas kinon.

Kinonen är ansvarig för den rosa färgen som är förknippad med fenolftalein i sura lösningar. Därför, när fenolftalein läggs till en syra, blir den rosa.