美国马里兰州贝尔茨维尔（Beltsville）农业研究中心的Borthwick和Hendricks(1952)以大型光谱仪将白光分离成
单色光，处理莴苣种子，发现红光（波长650~680nm）促进种子发芽，而远红光（波长710~740nm）逆转这个过程。1959年Butler等研制出
双波长分光光度计，测定黄化玉米幼苗的吸收光谱。他们发现，经红光处理后，幼苗的吸收光谱中的红光区域减少，而远红光区域增多；如果用远红光处理，则红光区域增多，远红光区域消失。红光和远红光轮流照射后，这种吸收光谱可多次的可逆变化。上述结果说明这种红光-远红光可逆反应的受体可能是具两种形式的单一色素。他们以后成功地分离出这种吸收红光-远红光可逆转换的
光受体（
色素蛋白质），称之为光敏色素（phytochrome）。
光敏色素分布在植物各个器官中，黄化幼苗的光敏色素含量比绿色幼苗多20~100倍。禾本科植物的胚芽鞘尖端、黄化豌豆幼苗的弯钩、各种植物的分生组织和
根尖等部分的光敏色素含量较多。一般来说，蛋白质丰富的分生组织中含有较多的光敏色素。在细胞中，胞质溶胶和细胞核中都有光敏色素。
光敏色素在植物体内至少存在两种类型（Furuya，1993）：一种在黄化幼苗中含量较高，在黑暗中才能合成，而在光下不稳定，称为黄化组织光敏色素（etiolate tissue phytochome，PhyⅠ），它的吸收峰在666nm；另一种以绿色组织为主，在光下相对稳定，且在光下和暗中均可合成，称为绿色组织光敏色素（green tissue phytochome，PhyⅡ），吸收峰652nm。
分子生物学实验表明，
被子植物中存在光敏色素基因（称作PHY）家族。例如玉米的PHY数目2~4个，燕麦的PHY数超过4个。在
拟南芥幼苗中发现了5种不同的光敏色素基因，分别被命名为PHYA、PHYB、PHYC、PHYD、PHYE。其中PHYA编码的蛋白phyA属PhyⅠ型光敏色素，接收波长700~750nm连续远红光，对光不稳定，在光下，其mRNA的活性受到抑制。其余四种基因编码的蛋白phyB、phyC、phyD、phyE属光敏PhyⅡ型光敏色素，具有高度的光稳定性，不受光的影响，接收600~700nm红光，属组成型表达。至今已证明，PHYA、PHYB基因编码的蛋白可组装成全光敏色素phyA、phyB，phyA主要控制远红光对幼苗下胚轴的伸长作用，而phyB主要控制红光对幼苗下胚轴的抑制作用。
存在于
高等植物的所有部分，是植物体本身合成的一种调节生长发育的
色蛋白。由蛋白质及
生色团2部分组成，后者是4个
吡咯分子连接成直链，与
藻胆素类似。所有具光合作用的植物（
光合细菌除外）均含有，含量极低。从不同植物中分离出的光敏色素，分子量范围为120～127千道尔顿。有2种类型（近代研究认为还有若干中间型）：一为红光吸收型（Pr），最大吸收峰在666纳米；另一为远红光吸收型（Pfr），最大吸收峰在730纳米，两者可以很快的相互转变，Pr是生理失活型。它以Pr状态合成，并在黑暗中积累，所以黄化幼苗中有Pr无Pfr。在红光或白光照射下，大多数Pr转变为Pfr。Pfr可发生降解、在暗中缓慢的逆转为Pr及参与反应。因此，Pr在光中的总量比暗中少得多，有实验指出，在暗中生长的
双子叶植物和单子叶植物幼苗中的含量比生长在光下的幼苗高出30至100倍，在纯溶液中，用红光照射后，Pfr为81%，Pr为19%。远红光照射后，几乎所有Pfr转变为Pr，Pfr仅留存2%。在日光下由于Pr吸收红光比Pfr吸收远红光更为有效，所以在自然光照下，Pfr比Pr为多，Pfr约占总量的60%。2者的比例随太阳的入射角、云层厚薄及地上林冠的变化而变化。曾有人指出生理活跃型的Pfr与另一未知物（X）形成复合物[Pfr·X]。由于X化学性质以及*2者比例的不同，[Pfr·X]复合物将引起种种生理反应，如控制开花、打破某些需光种子休眠、
下胚轴弯钩的伸长、幼叶和子叶变绿及展开、含羞草的感震运动和抑制
花色素苷的形成等。
光敏色素接受光刺激到发生反应的时间有快有慢。快反应以秒计，如棚田效应（Tanada effect）和转板藻叶绿体运动。棚田效应指离体绿豆根尖在红光下诱导膜产生少量正电荷，所以能黏附在带负电的玻璃表面，而远红光则逆转这种黏附现象。慢反应则以小时和天数计，例如，红光促进莴苣种子萌发和诱导幼苗黄化反应。