Đối với các sản phẩm nhuộm tóc dùng được hơn 12 lần gội, hai thành phần hóa học chính là hydrogen peroxide và amoniac. Thuốc nhuộm bán vĩnh cửu sử dụng amoniac, nhưng chúng thường chứa một lượng ít hơn thuốc nhuộm vĩnh viễn và có thể sử dụng hóa chất p-phenylenediamine.
Amoniac, một trong những hóa chất phổ biến nhất trong các sản phẩm thuốc nhuộm tóc, giúp mở ra các lớp biểu bì của tóc. Khi trộn với phẩm màu, amoniac cho phép màu đi sâu vào nang tóc và tương tác với hắc tố trên tóc. Melanin, chất tạo ra màu sắc tự nhiên của tóc, bị thay đổi bởi sự kết hợp amoniac và thuốc nhuộm, theo đó, màu sắc của tóc sẽ thay đổi.
Khi trộn với amoniac và phẩm màu, hydrogen peroxide sẽ làm phồng tóc. Độ phồng này cho phép amoniac mang màu tóc vào các nang tóc hiệu quả hơn. Hydrogen peroxide có thể làm hỏng tóc bằng cách làm cho tóc mất đi lưu huỳnh. Điều này có thể dẫn đến tóc cứng, hư tổn và càng có nhiều tổn thương khi nồng độ hydrogen peroxide cao hơn.
Thuốc nhuộm tạm thời như xịt và xả chỉ đọng lại một lớp màu tạm thời trên sợi tóc. Những loại thuốc nhuộm hoặc nước rửa không thấm vào lớp biểu bì của tóc. Thay vào đó, tóc chỉ hấp thụ màu vào sợi tóc và sẽ biến mất sau lần gội đầu tiếp theo.
Ngoài ra, những người muốn tránh hóa chất trong các sản phẩm thuốc nhuộm tóc thương mại có thể chọn sử dụng thuốc nhuộm không chứa hóa chất mạnh. Một số loại thuốc nhuộm tóc có giảm hóa chất sử dụng chất tạo màu từ thảo dược thay vì dùng amoniac.
