要想從科學的角度解釋“一夜白頭”，就得先從科學的角度認識頭髮。
哺乳動物的毛髮從橫截面來看就像是一個圓環靶標，分為三層：中心是髓質層，然後是皮質層，最外面是外皮層，如下圖所示。
不過真實的毛髮看起來可沒這麼規整，比如電子顯微鏡下看到的這根人類頭髮斷面：
可見，人類頭髮的外皮層很薄，髓質層也較小，主要都是皮質層。
頭髮中心的髓質層有一定的通透性，是頭髮吸取水分的途徑。
皮質層之所以叫皮質層，是因為它們是由表皮細胞角質化形成的。所謂角質化，就是細胞中緊貼着細胞膜內部形成一層主要由角蛋白形成的硬殼，然後細胞核和細胞器消失，細胞裏的全部資源都轉化為角蛋白。所以頭髮的角蛋白含量可以高達 90%。
談完了結構才好談顏色。頭髮外面的外皮層基本是透明的，而形成髮色的黑色素則位於皮質層的角質化的細胞之中。由於這些細胞已經不再具有細胞的功能，只有細胞的形態，所以其中的生物化學物質已經無法在機體的調控作用下發生變化了。
説到這兒，結論已經很明顯了：黑色的頭髮在不經化學漂染的前提下，是不可能由於機體自身的生理性調控而轉變成為白色的。
那這麼多“一夜白頭”的現象又要如何解釋呢?其實，所謂一夜白頭並不是頭髮從黑變白，而是原本黑白或黑灰間雜的發況突然失去了所有的黑髮，剩下白髮或灰髮為主，給觀者很大的反差感，才讓人有了“一夜白頭”的感覺。
至於這種突然間失去黑髮的誘因被稱為彌散性斑禿，可以由巨大的心理壓力所導致，但其具體的成因仍舊不明。有理論認為這是一種類似於自免疫疾病的病理現象，是自身免疫系統錯誤性攻擊毛囊所致。無論是不是自免疫疾病，就現象上來看，只有黑髮的毛囊才會受到影響，由正常的生長期突然進入間歇期，導致頭髮脱落。
實際上，心理壓力會導致身體內分泌系統的紊亂，進而打破免疫系統的精確平衡，這在很多其他疾病的研究中已經被確證了。如帶狀泡疹病毒本是得過水痘的人都可抵抗的，因為人體的免疫系統已經認識並記住了它們。但由於心理因素或過度疲勞等原因，免疫系統就可能失去對泡疹病毒的抵抗能力，人身上防禦薄弱的部位就可能會長出一連串的“燎泡”。對於中老年人，免疫低下已經被確認為帶狀泡疹的主要病因之一，進而可以通過疫苗的加強免疫來進行對抗。
因此，情緒鉅變影響免疫系統，進而導致斑禿，失去黑色頭髮，只剩白色頭髮，這就是“一夜白頭”的科學解釋。只不過，這其中的個別環節，特別是突然性脱法的具體生物化學和細胞生物學成因，以及白色頭髮不會脱落的原因，都還有待進一步研究。
事實上，歷史上著名的“一夜白頭”案例也都發生在中老年人身上，而非年輕人身上，因為人過中年本就開始有白頭髮了。比如中國歷史上的伍子胥，一夜白頭的起源人，當時遭受的精神壓力是躲避楚王追殺，發生在他四十歲左右的時候。在西方，一夜白頭被稱為“瑪麗·安託瓦內特症”。瑪麗·安託瓦內特是法王路易十六的王后，在法國大革命中隨王室被廢而入獄，一夜白頭。事件發生於她 37 歲時，而她當時的髮色本就是灰色。如果真有年輕人身上發生“一夜白頭”的現象，那麼很有可能他本就有“少白頭”的現象。總之，並不是黑髮變白了，而是黑髮讓位於既有的白髮了。