بعضی از گیاهان از جمله بسیاری از گل‌های باغچه به‌عنوان گیاهان یک‌ساله شناخته می‌شوند به این معنی که چرخه زندگی آن‌ها در یک فصل رشد و نمو به پایان می‌رسد. آن‌ها زمانی که زمستان فرامی‌رسد، از بین می‌روند، اما دانه‌هایشان همچنان باقی می‌ماند و در فصل بهار آماده جوانه زدن هستند. گیاهان چندساله به مدت بیش از دو سال زنده می‌مانند. این دسته شامل درخت و درختچه و همچنین گیاهان علفی با ساقه نرم و گوشتی می‌شود. هنگامی‌که زمستان فرامی‌رسد، قسمت‌های چوبی درخت و درختچه می‌توانند در زمستان دوام آورند. قسمت‌هایی از گیاهان علفی (برگ و ساقه) که در بالای سطح زمین قرار دارند از بین می‌روند اما بخش‌های زیرزمینی مانند (ریشه و پیاز گیاه) زنده می‌مانند. در زمستان گیاهان به خواب می‌روند و از غذای ذخیره شده تا فصل بهار استفاده می‌کنند. با رشد گیاه، برگ‌های فرسوده و قدیمی‌تر ریخته و انواع تازه رشد می‌کنند. این امر دارای اهمیت است به این دلیل که برگ‌ها در طول زمان به‌وسیله حشرات، بیماری یا آب‌وهوا آسیب می‌بینند. عمل برگ‌ریزی و جایگزینی، تمام مدت ادامه دارد. به‌علاوه درختان برگ‌ریز مانند افرا، بلوط و نارون در پاییز تمام برگ‌های خود را از دست داده و برای گذران زمستان آماده می‌شوند.
گیاهان همیشه سبز یا همیشه بهار در طول زمستان بیشتر برگ‌های خود را از دست نمی‌دهند و همچنان حفظ می‌کنند. آن‌ها دارای برگ‌های ویژه‌ای هستند که در برابر سرما و از دست رفتن رطوبت مقاوم می‌باشند. بعضی از آن‌ها مانند درخت کاج و صنوبر دارای برگ‌های سوزنی بلند هستند. درختان دیگری مانند راج دارای برگ‌های پهن با سطح زمخت و مومی می‌باشند. در روزهای بسیار سرد و خشک این برگ‌ها گاهی به‌منظور کاهش سطح بی‌پناه خود، جمع می‌شوند. درختان همیشه بهار ممکن است در طول زمستان و تا زمانی که آب کافی دریافت کنند، به فتوسنتز ادامه دهند اما این واکنش‌ها در هوای سردتر آهسته‌تر رخ خواهد داد. در طول روزهای تابستان، برگ‌ها ممکن است گلوکز بیشتر از نیاز گیاه جهت تأمین انرژی و رشد تولید کنند. مازاد آن به نشاسته تبدیل شده و تا زمان نیاز ذخیره می‌شود. با کوتاه‌تر شدن روشنایی روز در فصل پاییز، گیاهان شروع به متوقف ساختن تولید غذای خود می‌کنند.
برگ‌های درختان برگ‌ریز پیش از آن‌که نهایتاً در پاییز از شاخه فروریزند، دستخوش تغییرات بسیاری می‌شوند. برگ این درختان در واقع از زمان شروع رشد در بهار، خود را آماده فصل پاییز می‌نمایند. در پایه یا بن هر برگ، لایه‌ی به خصوصی از سلول‌هایی تحت عنوان جداساز یا جداکننده وجود دارد. در تمام طول تابستان لوله‌های کوچکی که از میان این لایه عبور می‌کنند آب را به برگ رسانده و مواد غذایی را به درخت بازمی‌گردانند. در پاییز، سلول‌های موجود در لایه جداساز شروع به تورم کرده و ماده‌ای چوب پنبه‌ای مانند را تشکیل می‌دهند و جریان میان برگ و درخت را کاهش داده و در نهایت قطع می‌کنند. به‌این‌ترتیب گلوکز و مواد زائد در برگ به دام می‌افتند. کلروفیل بدون وجود آب شیرین جهت تجدید آن، شروع به ناپدید شدن می‌کند.
رنگ قرمز و سرخابی برگ درختان پاییزی ناشی از رنگ‌دانه‌های آنتوسیانین است. این‌ها آنتی‌اکسیدان‌های قوی‌ای هستند که در بسیاری گیاهان از جمله چغندر، سیب قرمز، انگور بنفش و گل‌هایی مانند بنفشه و سنبل به‌طور معمول یافت می‌شوند. در بعضی برگ‌ها مانند برگ‌های درخت افرا این رنگ‌دانه‌ها در پاییز از گلوکز به دام افتاده، تولید می‌شوند. به چه علت گیاه جهت تولید این رنگ‌دانه‌ها از انرژی استفاده می‌کند درحالی‌که قرار است به‌زودی برگ‌های آن فروریزند؟ بعضی دانشمندان بر این باورند که آنتوسیانین‌ها به درختان جهت حفظ کمی طولانی‌تر برگ‌های خود کمک می‌کنند. این رنگ‌دانه‌ها از برگ‌ها در برابر خورشید محافظت کرده و نقطه انجماد آن‌ها را پایین آورده و آن‌ها را در برابر یخ‌زدگی محافظت می‌کنند. برگ‌ها مدت‌زمان طولانی‌تری بر روی درخت باقی مانده و قند، نیتروژن و سایر مواد باارزش می‌توانند پیش از افتادن برگ انتقال یابند. علت ممکن دیگر این‌گونه عنوان می‌شود که به هنگام فساد برگ‌ها، آنتوسیانین‌ها به درون زمین تراوش کرده و از رشد گونه‌های دیگر گیاهان در بهار جلوگیری می‌کنند.
رنگ قهوه‌ای برگ‌ها در پاییز ناشی از تانن است که یک ماده زائد تلخ است. سایر رنگ‌ها که در تمام مدت وجود دارند به هنگام از بین رفتن کلروفیل نمایان می‌شوند. رنگ نارنجی از کاروتن و زرد از گزانتوفیل به دست می‌آیند. این‌ها رنگ‌دانه‌های رایجی هستند که همچنین در گل‌ها و مواد غذایی مانند هویج، موز و زرده تخم‌مرغ یافت می‌شوند. از نقش دقیق این رنگ‌دانه‌ها اطلاع نداریم اما دانشمندان تصور می‌کنند که این رنگ‌دانه‌ها ممکن است به نوعی در فتوسنتز نقش داشته باشند. ترکیبات متفاوت از این رنگ‌دانه‌ها طیف وسیعی از رنگ‌ها را در هر پاییز به ما نشان می‌دهند. همان‌طور که سلول‌های موجود در پایه یا بن لایه جداساز میان برگ و درخت مانع به وجود می‌آورند، سلول‌های بالای لایه جداساز شروع به فروپاشی می‌کنند. آن‌ها یک خط پارگی را ایجاد کرده و در نهایت برگ از درخت فرومی‌افتد.
سؤال مهم دیگری که باقی می‌ماند این است که چه چیزی موجب به وجود آمدن این منظره باشکوه می‌شود؟ بهترین مکان در جهان جهت تماشای رنگ‌های پاییزی احتمالاً شرق ایالات متحده به دلیل آب‌وهوا در این منطقه و وجود گونه‌های گسترده‌ای از درختان برگ‌ریز است. زنده‌ترین رنگ‌ها در زمان فرارسیدن اواخر تابستان و روزهای آفتاب درخشان و شب‌های سرد (کمتر از ۴۰ درجه فارنهایت یا چهار و نیم درجه سانتی‌گراد) پاییزی قابل‌مشاهده هستند. در این هنگام درختان رنگ‌دانه‌های آنتوسیانین بسیاری تولید می‌کنند. پاییز با روزهای ابری و شب‌های سرد رنگ‌های قهوه‌ای مایل به زرد را به ارمغان می‌آورد و شبنم یخ‌زده به‌سرعت به رنگ زیبای برگ‌های پاییزی خاتمه می‌دهد.
