色素细胞被用来进行许多基础研究，以对这些细胞有更深入的了解。例如斑马鱼的幼体，能够用来研究成体斑马鱼精确的产生横向条纹时，色素细胞之间的安排和连结，所以斑马鱼是适合用来了解演化发育生物学领域中，动物花纹生成的动物模型。色素细胞也能够当作研究人类疾病与症状的模型，如黑色素细胞瘤与白化症。此外最近的研究发现黄金斑马鱼品系中，与黑色素细胞特化有关的基因Slc24a5，在人体中也有，且对于皮肤的颜色有很大的关联性。

变温动物透过视觉来感应环境的光线，并进行背景适应，因此色素细胞也被用来当作判别变温动物眼盲的生物标志。由于人体中参与色素讯息传递的受器与食欲的抑制和日光浴的效果有关，使它们成为制药公司的宠儿。也因此制药公司利用非洲爪蟾的黑色素细胞，发展出用来快速辨识化合物是否具有生物活性的生物检定法。其他的科学家则发展出利用黑色素细胞作为生物感测器的技术，且基于百日咳毒素阻碍鱼类黑色素细胞中色素扩张的现象，发展出快速检测是否感染百日咳的技术。色素细胞也具有潜在的军事用途，也就是光学迷彩或是主动伪装技术。