かつて学校の理科教育では、「茶色の目は優性（顕性）、青い目は劣性（潜性）であり、茶色の親から青い目が生まれることはあっても、青い目同士の両親から茶色の子供は生まれない」というメンデルの優劣の法則に基づいた単純なモデルが教えられていました。
しかし、近年のヒトゲノム解析の進展によって、この古典的メンデルモデルは完全な誤りであることが証明されています。目の色は、単一の遺伝子座ではなく少なくとも16以上の異なる遺伝子が複雑に関与する多因子（ポリジーン）遺伝によって決定されます。
決定的な役割を果たすのが、ヒトの第15番染色体に位置する「OCA2遺伝子」と「HERC2遺伝子」の相互作用です。
・OCA2遺伝子：メラニン生成の主要ファクトリー
Pタンパク質と呼ばれるメラノソーム（メラニン小胞）膜貫通タンパク質をコードしており、虹彩内のメラニン蓄積量を直接的に左右します。この働きが強いと瞳は濃い茶色になり、抑制されると明るい色になります。
・HERC2遺伝子：OCA2のスイッチ役
HERC2のイントロン（非翻訳領域）内に存在する特定の変異（SNP: 一塩基多型）が、OCA2のプロモーター領域の活性をオン・オフするスイッチとして機能します。コペンハーゲン大学のハンス・エイバーグ教授らの分子生物学的研究によると、世界中の青い目の人類は、およそ6000〜1万年前に生じたHERC2遺伝子の単一変異を共通の祖先として持っていることが特定されています。
他にもSLC24A4、SLC45A2、TYR、TYRP1といった色素関連遺伝子が微調整を行うため、遺伝の組み合わせは無限に近いグラデーションを描きます。そのため、極めて低い確率（約1%未満）ではあるものの、青い瞳を持つ両親から茶色い瞳の子供が誕生する事例も医学的に立証されています。
