Litmus est un mélange de plusieurs colorants différents extraits de la tinctoria Roccella ou Lecanora Tartarea, qui sont des types particuliers d'organismes connus comme "lichens." Ces colorants (notamment erythrolitmin et azolitmin) ont des molécules massives, qui disposent de groupes structuraux spéciaux appelés "chromophores." Ces chromophores sont constituées de plusieurs anneaux remplis de carbone-carbone et carbone-oxygène doubles liaisons. Cette combinaison de doubles liaisons et anneaux crée un réseau de couloirs dans lesquels des électrons peuvent voyager.
Lorsque la lumière visible frappe une molécule de colorant, le réseau électronique du chromophore lui permet d'absorber une gamme de couleurs spécifique. La couleur de la lumière non absorbée est réfléchie vers l'observateur, donnant la molécule sa couleur observée. Par exemple, la couleur naturelle de tournesol est bleu, ce qui signifie que le réseau absorbe toutes les longueurs d'onde de la lumière sauf le bleu.
Cependant, les ions d'hydrogène dans des acides attaquent carbone-carbone et carbone-oxygène doubles liaisons, en les convertissant en des liaisons simples. Avec chaque double liaison qui est détruit, le réseau électronique diminue en taille. Cela modifie la gamme de longueurs d'onde de la molécule peut absorber, changeant ainsi sa couleur observée.