sous l'action des rayons ultraviolets, les kératinocytes, cellules de la couche superficielle de la peau, vont se multiplier et la rendre plus solide et moins perméable aux rayonnements ;
la production de mélanine par les mélanocytes est stimulée. La mélanine a la propriété d'absorber les rayons ultraviolets très énergétiques (UV-B) et donc de protéger la peau. C'est ce processus qui donne à la peau cette teinte mate, dorée, brune spécifique au bronzage.
Sous l'effet des UV, les kératinocytes secrètent l'hormone alpha-MSH par scission de la pro-opiomélanocortine (POMC), grâce à l'action d'une protéine appelée p53. L'alpha MSH s'attache aux mélanocytes et stimule la production de mélanine. P53 étant également une protéine produite en cas de stress, cela pourrait expliquer l'hyperpigmentation qui apparait parfois, particulièrement chez les personnes âgées, en cas d'irritation prolongée de la peau.
Par ailleurs, la formation d'alpha-MSH à partir de POMC produisant de l'endorphine b supposée contribuer à un sentiment de bien-être, David E Fisher, directeur de la recherche ayant mis en évidence le rôle de p53 dans le bronzage, propose que la libération d'endorphine lors de ce processus pourrait encourager les gens à s'exposer au soleil. L'ensemble des processus favoriserait la protection contre les cancers cutanés. En effet, si une exposition au soleil trop longue ou trop brutale est dangereuse, une exposition modérée et régulière peut au contraire constituer une protection, sauf chez les personnes dépourvues de la capacité de bronzer.