Existen cinco tipos básicos de melanina: eumelanina, feomelanina, neuromelanina, alomelanina y piomelanina.

[2]​ La eumelanina se produce mediante un proceso químico de varias etapas conocido como melanogénesis, en el que a la oxidación del aminoácido tirosina le sigue la polimerización.

Estos polímeros contribuyen a la variedad de componentes de la melanina en la piel y el pelo humanos, que van desde la feomelanina amarillo claro/rojo a la eumelanina enriquecida con DHICA marrón claro y la eumelanina enriquecida con DHI marrón oscuro o negro.

[8]​ Las feomelaninas se concentran especialmente en los labios, los pezones, el glande del pene y la vagina.

La feomelanina también está presente en la piel, por lo que los pelirrojos también suelen tener un tono más rosado.

La exposición de la piel a la luz ultravioleta aumenta el contenido de feomelanina, al igual que ocurre con la eumelanina; pero en lugar de absorber la luz, la feomelanina del pelo y la piel refleja la luz entre amarilla y roja, lo que puede aumentar el daño causado por la exposición a la radiación UV.

La neuromelanina (NM) es un pigmento polimérico insoluble producido en poblaciones específicas de neuronas catecolaminérgicas del cerebro.

Sin embargo, en 1955 se descubrió una melanina asociada a las células nerviosas, la neuromelanina.

[15]​ Debido al mayor número atómico del selenio, cabe esperar que la selenomelanina obtenida proporcione una mejor protección contra la radiación ionizante en comparación con las otras formas conocidas de melanina.

[16]​ Los tricocromos (antes llamados tricosiderinas) son pigmentos producidos a partir de la misma vía metabólica que las eumelaninas y las feomelaninas, pero a diferencia de estas moléculas tienen bajo peso molecular.

En el cerebro, los tejidos que contienen melanina son la médula y las neuronas pigmentadas del tronco encefálico, como el locus cerúleo.

[19]​ Algunos seres humanos tienen muy poca o ninguna síntesis de melanina en sus cuerpos, una condición conocida como albinismo.

Tanto la feomelanina como la eumelanina se encuentran en la piel y el cabello humanos, pero la eumelanina es la melanina más abundante en los seres humanos, así como la forma más propensa a ser deficiente en el albinismo.

Las melaninas también protegen a los microorganismos, como bacterias y hongos, contra el estrés que implica el daño celular, como la radiación UV del sol y las especies reactivas del oxígeno.

[22]​ Por lo tanto, en muchos microbios patógenos (por ejemplo, en Cryptococcus neoformans, un hongo) las melaninas parecen desempeñar papeles importantes en la virulencia y la patogenicidad al proteger al microbio contra las respuestas inmunitarias de su huésped.

En los invertebrados, un aspecto importante del sistema inmunitario innato de defensa contra los patógenos invasores implica la melanina.

[23]​ Algunos tipos de hongos, llamados hongos radiotróficos, parecen ser capaces de utilizar la melanina como pigmento fotosintético que les permite captar rayos gamma[24]​ y aprovechar esta energía para su crecimiento.

[31]​[32]​ La síntesis de la feomelanina en las aves implica el consumo de cisteína, un aminoácido semiesencial que es necesario para la síntesis del antioxidante glutatión (GSH) pero que puede ser tóxico si se encuentra en exceso en la dieta.

De hecho, muchas aves carnívoras, que tienen un alto contenido proteico en su dieta, presentan una coloración basada en la feomelanina.

No obstante, bases de datos químicas como PubChem incluyen fórmulas estructurales y empíricas; normalmente 3,8-Dimetil-2,7-dihidrobenzo[1,2,3-cd:4,5,6-c′d′]diindol-4,5,9,10-tetrone.

Las personas con esta variante IB del trastorno suelen tener el pelo y la piel blancos al nacer, pero desarrollan rápidamente una pigmentación cutánea normal en la infancia.

En su tratado de 1859 El origen de las especies (On the Origin of Species), Charles Darwin observó que «los gatos que son completamente blancos y tienen los ojos azules suelen ser sordos».

[59]​ En los humanos, la hipopigmentación y la sordera se dan juntas en el raro síndrome de Waardenburg, observado predominantemente entre los hopi en Norteamérica.

Las pecas y los lunares se forman donde hay una concentración localizada de melanina en la piel.

Esto hace que sus pieles sean marrones o negras y las protege frente a altos niveles de exposición al sol, que dan lugar con más frecuencia a melanomas en las personas de piel más clara.

La pigmentación también dificulta la síntesis de vitamina D. Dado que la pigmentación no parece ser del todo ventajosa para la vida en los trópicos, se han propuesto otras hipótesis sobre su significado biológico; por ejemplo, un fenómeno secundario inducido por la adaptación a parásitos y enfermedades tropicales.

[71]​ Los primeros humanos modernos tenían la piel más oscura que los actuales indígenas de África.

Investigaciones recientes sugieren que la melanina puede desempeñar una función protectora distinta de la fotoprotección.

[75]​ La melanina es capaz de quelar eficazmente iones metálicos a través de sus grupos carboxilato e hidroxilo fenólico, a menudo con mucha más eficacia que el potente ligando quelante etilendiaminotetraacetato (EDTA).

Así, puede servir para secuestrar iones metálicos potencialmente tóxicos, protegiendo al resto de la célula.