对于精子和其他细胞来说，其细胞核主要由呈酸性的物质组成，与碱性染料有较强的亲和力;而细胞浆内含有碱性物质，与酸性染料的亲和力较强。染液中的苏木素是碱性染料，橙黄G和俾斯麦棕Y是酸性染料，巴氏染色正是利用了细胞的这一性质对细胞进行多色染色，细胞经染色后能清晰地显示细胞的结构，从而较容易发现异常细胞。

精子及细胞内不同等电点的蛋白质在相同的酸度下带不同的电荷，能选择性地结合相应的染料而着色。嗜酸性蛋白质解离的氨基带正电荷。能与带负电荷的酸性染料(如嗜酸性氧杂蒽、伊红)结合而被染成红色。嗜碱性蛋白质解离的羧基带负电荷，能与带正电荷的碱性染料(嗜碱性硫氮杂苯、亚甲蓝)结合而被染成蓝色。嗜中性蛋白质解离的带正电荷的氨基和带负电荷的羧基相等，同时结合相等的酸性染料和碱性染料而呈紫红色。但因解离电荷相等，故着色较弱。

精子死亡后，细胞膜的通透性发生改变，伊红染料可以渗入，使精子头部染色成红色，活细胞则不被染上色，苯胺黑形成的黑色背景使死、活精子的染色差异更容易观察。

成熟精子的核蛋白成分为鱼精蛋白，富含精氨酸和胱氨酸残基;不成熟精子的核蛋白成分为组蛋白，富含赖氨酸残基。在酸性条件下，苯胺蓝与赖氨酸残基结合生成紫蓝色化合物，从而指示不成熟核蛋白的存在，而核蛋白成熟的精子则染成红色。

正常精子DNA在经过酸变形和去除核蛋白后，精子染色质结构变的松散，使得DNA环附于残留的核结构扩散形成特征性的光晕;而DNA受损的精子不产生这种特征性的光晕或光晕很小。因此，通过显微镜观察光晕的有无和大小可以判断精子DNA的完整性。

正常精子DNA 紧密结合而具有抗酸性维持双链的稳定性。受到损伤的精子，形成松散染色质结构，其DNA 在酸的作用下变性形成单链。吖啶橙与正常精子双链DNA结合呈单体形式发出绿色荧光，与变性精子单链DNA结合呈聚合物形式发出红或黄色荧光。红荧光在总荧光中所占的比例反映了精子DNA完整性水平，可通过计算机界面流式细胞仪来评价。

将流式细胞术、MitoSOXred荧光染色法、DCFH-DA荧光染色法三种技术结合，检测精液中精子质膜和线粒体活性氧水平，能高效、稳定地分析出精子中的活性氧水平与线粒体功能状态，预测精子质量情况。

将流式细胞术、PI荧光染色法、DCFH-DA荧光染色法三种技术结合，检测精液中活精子质膜活性氧水平，能高效、稳定地分析出精子中的活性氧水平状态，预测精子质量情况。

过氧化氢在多形核粒细胞特有的过氧化物酶的催化作用下分解产生新生态氧，后者氧化正甲苯胺生成正甲苯胺蓝，正甲苯胺蓝不稳定，会进一步生成棕色复合物使细胞着色。过氧化物酶阳性白细胞被染成棕色，而过氧化物酶阴性白细胞不着色。

精子受精过程所需的能量主要来自精子线粒体合成的ATP，且精子线粒体DNA与精子的发生、发展密切相关。精子线粒体的功能对精子质量及男性生育力存在至关重要的影响。精子MMP作为评价精子线粒体功能的主要指标之一，能较好的反应精子线粒体即产生ATP的功能。精子MMP的下降引起精子活力、活率下降，可能导致弱精子症的发生，影响受精过程。

精子脱落细胞染色试剂由瑞氏染料和吉氏染料组成。瑞氏染料和吉氏染料均溶解于甲醇，瑞氏溶解解离为带正电的美兰离子和带负电伊红离子。由于精子内各组分的异嗜性导致精子被染成紫蓝、紫红或粉红色，而吉氏染料溶解后的天青对细胞核着色较好，从而对精液中的各阶段的生精细胞或其他脱落细胞进行染色。