一、指示剂的变色原理
现以弱酸型指示剂（如酚酞）为例，说明酸碱指示剂的变色原理。
弱酸型酸碱指示剂在溶液中存在下列平衡：
HIn表示弱酸的分子，为酸色成分；In-是弱酸分子离解出H+以后的复杂离子，为碱色成分。酚酞的酸色成分是无色的，碱色的成分则呈红色。根据平衡原理：
或
将等式两边各取负对数得：
或（3-8）
由式（3-8）可知，溶液的颜色决定于碱色成分的浓度比值，而此比值又与PH和PHHin值有关。一定温度下，对指定的某种指示剂，PHHin是一常数。所以碱色成分与酸色成的浓度比值随溶液PH值的改变而变化，溶液的颜色也随之改变。例如，在酚酞指示剂溶液中加入酸时，H+就大量增多，使酚酞的离解平衡向左移动，这时酸色成分增多，碱色成分减少，溶液的颜色以酸色为主，酚酞在酸液中是无色的。反之，如向溶液中加碱时，则平衡向右移动，碱色成分增加，酸色成分减少，溶液的颜色就以碱色为主，酚酞在碱液中是红色的。所以指示剂可用以指示溶液的酸碱性或测定溶液的PH值。
上述弱酸指示剂的变色原理，同样适用于弱碱指示剂。
二、指示剂的变色范围和变色点
由式（3-8）可以看出，当溶液的PH值大于PKHin时，[ In-]将大于[HIn]，溶液的颜色将以碱色为主。反之，当溶液的PH值小于PKHin时，[In-]就小于[HIn]，溶液的颜色将以酸色为主。通常当[ In-]/[HIn]=10时，即碱色成分的浓度是酸色成分浓度10倍时，溶液将完全呈现碱色成分的颜色，而酸色被遮盖了。这量溶液的PH值为：
即 pH=pKHIn+1
同理，当[In-]/[HIn]=1/10时，即酸色成分浓度是碱色成分浓度10倍时，溶液的颜色将完全呈现指示剂的酸色。这时溶液的PH值为：
即 pH＝pKHIn－1
可见溶液的颜色是在PH=PKHin-1到 PH= PKHin+1的范围内变化的，这个范围称为指示剂的变色范围即变色域。在变色范围内，当溶液的PH值改变时，碱色成分和酸色成分的比值随之改变，指示剂的颜色也发生改变。超出这个范围，如Ph≥PKHin+1时，看到的只是碱色；而在PH ≤PKHin-1时，则看到的只是酸色。因此指示剂的变色范围约2个PH单位。当[In-]/[HIn]=1即PH= PKHin时，称为指示剂的变色点。由于人的视觉对各种颜色的敏感程度不同，加上在变色域内指示剂呈现混合色，两种颜色互相影响观察，所以实际观察结果与理论值有差别，大多数指示剂的变色范围小于2个PH单位。表3-4列出了常用指示剂的变色范围。
表3－4 几种常用的酸碱指示剂
| 酸碱指示剂 | 变色范围 | PKHin | 颜色 | 浓度 | 用量 | |
| 酸色 | 碱色 | (滴/10mL试液) | ||||
| 百里酚蓝（麝香草酚蓝） | 1.2～2.8 | 1.65 | 红 | 黄 | 0.1%的20%酒精溶液 | 1～2 |
| 甲基黄 | 2.9～4.0 | 3.3 | 红 | 黄 | 0.1%的90%酒精溶液 | 1 |
| 甲基橙 | 3.1～4.4 | 3.40 | 红 | 黄 | 0.05%的水溶液 | 1 |
| 溴酚蓝 | 3.0～4.6 | 3.85 | 黄 | 蓝紫 | 0.1%的20%酒精溶液或其钠盐水溶液 | 1 |
| 甲基红 | 4.4～6.2 | 4.95 | 红 | 黄 | 0.1%的60%酒精溶液或其钠盐水溶液 | 1 |
| 溴百里酚蓝(溴麝香草酚蓝) | 6.2～7.6 | 7.1 | 黄 | 蓝 | 0.1%的20%酒精溶液或其钠盐水溶液 | 1 |
| 中性红 | 6.8～8.0 | 7.4 | 红 | 黄 | 0.1%的60%酒精溶液 | 1 |
| 酚红 | 6.7～8.4 | 7.9 | 黄 | 红 | 0.1%的60%酒精溶液或其钠盐水溶液 | 1 |
| 酚酞 | 8.0～10.0 | 9.1 | 无 | 红 | 0.5%的90%酒精溶液 | 1～3 |
| 百里酚酞(麝香草酚酞) | 9.4～10.6 | 10.0 | 无 | 蓝 | 0.1%的90%酒精溶液 | 1～2 |
在测定溶液的PH值时，也常用混合指示剂，它是把许多范围不同的指示剂混合起来，使其在不同的PH值范围内显示不同的颜色。一种可以测定PH4-10范围内溶液酸度的混合指示剂的配方是：百里酚蓝0.01g，溴百里酚蓝1.20g,甲基红0.32g,酚酞1.20g.配制时,可将上述指示剂按配方称取,然后研匀,用200mL95%酒精润湿并溶解,加蒸馏水150mL稀释,用0.1mol·L-1的NaOH溶液中和至溶液显绿色，再加水至400mL。其PH值为8.1。它在不同酸度的溶液中显出不同的颜色。例如：
PH： 4 5 6 7 8 9 10
颜色： 红 橙 黄 绿 青 蓝 紫
为了使用方便起见，也可用混合指示剂溶液将试纸润湿，凉干制成PH试纸供测试之用。