色素細胞被用來進行許多基礎研究，以對這些細胞有更深入的了解。例如斑馬魚的幼體，能夠用來研究成體斑馬魚精確的產生橫向條紋時，色素細胞之間的安排和連結，所以斑馬魚是適合用來了解演化發育生物學領域中，動物花紋生成的動物模型。色素細胞也能夠當作研究人類疾病與癥狀的模型，如黑色素細胞瘤與白化癥。此外最近的研究發現黃金斑馬魚品系中，與黑色素細胞特化有關的基因Slc24a5，在人體中也有，且對于皮膚的顏色有很大的關聯性。
變溫動物透過視覺來感應環境的光線，并進行背景適應，因此色素細胞也被用來當作判別變溫動物眼盲的生物標志。由于人體中參與色素訊息傳遞的受器與食欲的抑制和日光浴的效果有關，使它們成為制藥公司的寵兒。也因此制藥公司利用非洲爪蟾的黑色素細胞，發展出用來快速辨識化合物是否具有生物活性的生物檢定法。其他的科學家則發展出利用黑色素細胞作為生物感測器的技術，且基于百日咳毒素阻礙魚類黑色素細胞中色素擴張的現象，發展出快速檢測是否感染百日咳的技術。色素細胞也具有潛在的軍事用途，也就是光學迷彩或是主動偽裝技術。