棕色眼球和黑色眼球主要是由遺傳和種族因素決定的，沒有什麼太大的區別。
眼球由外到內可以分爲許多層，包括角膜、鞏膜、虹膜、睫狀體、脈絡膜等等，其中角膜是無色透明的、鞏膜是乳白色的，所以眼球的顏色主要取決於虹膜的顏色。
虹膜主要由結締組織構成，含有豐富的色素、平滑肌和血管，呈現的顏色就取決於色素這一成分。虹膜實質層和虹膜後方的色素上皮細胞都含有不同的黑色素細胞，且分佈也不同。
根據研究，歐美人的虹膜實質層中色素少，但上皮細胞的色素正常，所以虹膜通常顏色較淺，常見藍色。而我們亞洲人的虹膜實質層和上皮細胞的色素都很豐富，因此虹膜常顯棕色、褐色或黑色。白化病人的虹膜實質層和上皮細胞的色素都很少，所以虹膜常顯粉色。
棕色虹膜和黑色虹膜僅僅在色素細胞的多少上存在一定差異，這主要是由遺傳因素決定的。
