肌は「表皮」、「真皮」、「皮下組織」の3つの層から構成されています。
肌の一番外側にあるのが「表皮」と呼ばれるもので、様々な外的刺激から肌を守り、肌の水分をキープするバリア機能を果たしています。その表皮の内側にあるのが「真皮」と呼ばれる層で、表皮を支えて、その中にあるコラーゲン線維やエラスチン、ヒアルロン酸が肌のハリや弾力を保っています。さらにその内側には「皮下組織」という層があり、体温を維持しながら、外からの刺激や衝撃を和らげるクッションの役割を果たしています。

表皮の構造は、その表面から「角質層」「顆粒層」「有棘層」「基底層」という4つの層で構成されています。
表皮の一番下にある「基底層」で生まれた「角化細胞」は、代謝とともに徐々に有棘層、顆粒層へと押し上げられて、角質層に到達し細胞の寿命を終え死んだ状態の「角質細胞」になります。最終的にはアカとなり、乾燥して剥がれ落ちます。この一連の肌の新陳代謝のサイクルをターンオーバーと言います。個人差や年齢差、部位による差はありますが、通常肌のターンオーバーは28日程度の周期で行われます。

肌の角化細胞は紫外線やストレスなどの刺激を受けると、色素細胞であるメラニンに働きかけ表皮層に存在する「メラノサイト」が活性化され、シミのもととなるメラニン色素を大量に作り出します。
この時大量に発生したメラニンは、ターンオーバーで排出が追い付かず、表皮にとどまり蓄積されてしまいます。健康で正常な肌であれば、通常、発生したメラニンは肌のターンオーバーによって角質やアカとなって順次剥がれ落ちていきます。しかし、新陳代謝が低下するとターンオーバーの周期が乱れて、メラニンがいつまでも排出されずに蓄積されてしまうため、シミやくすみとなって肌表面に現れます。
また、ターンオーバーの乱れ以外にもシミやくすみの原因となるのは、服が接触したり、肌を強く擦ってしまうなどの接触や摩擦による外的要因や、ストレス、ホルモンバランスの乱れ、病気などの内的要因によることもあります。
このように様々な要因が重なり合って、肌にメラニンが沈着してシミが濃くなっていきます。

紫外線によりメラノサイトが活性化され、メラニンが生成される
通常はターンオーバーによってメラニン色素もはがれ落ちる
ターンオーバーの乱れや、様々な要因でメラニンが排出されずに蓄積され、シミとなる

紫外線: 紫外線により角化細胞が刺激を感じると色素細胞に肌の中で日傘となるメラニンを作るように指令を出します。これにより、大量に作られたメラニンはターンオーバーで排出しきれずに蓄積してシミのもととなります。また、ニキビ跡や傷跡などの色素沈着も、紫外線を浴びるとそこが新たなシミとなり次第に濃くなってしまいます。日頃からの紫外線対策がシミを予防し増加させない重要なポイントとなります。
肌への摩擦: 紫外線により角化細胞が刺激を感じると色素細胞に肌の中で日傘となるメラニンを作るように指令を出します。これにより、大量に作られたメラニンはターンオーバーで排出しきれずに蓄積してシミのもととなります。また、ニキビ跡や傷跡などの色素沈着も、紫外線を浴びるとそこが新たなシミとなり次第に濃くなってしまいます。日頃からの紫外線対策がシミを予防し増加させない重要なポイントとなります。
ホルモンの乱れ: 黄体ホルモン（プロゲステロン）はメラノサイトを刺激する働きがあり、黄体ホルモンが増加する排卵後から月経までの2週間や妊娠中はシミが濃くなったり、新たなシミが出来やすくなります。また、睡眠不足や心的苦痛などのストレスでも、脳下垂体からメラノサイトを刺激するホルモンが分泌されます。したがって、心身ともに健康を管理してホルモンバランスを整えることもシミ予防には大切です。
ストレス: 慢性的にストレス状態にあるとホルモンバランスが崩れたり、体内の錆の原因となる活性酸素を発生させます。その結果、脳下垂体から分泌されるホルモンと活性酸素がメラノサイトを刺激して、シミの原因となるメラニンを増加させてしまいます。また、ストレスにより代謝機能が低下すると、過剰に産生されたメラニンが正常に排出されず、やがてはシミやくすみのもととなってしまいます。
加齢: 年齢を重ねるとシミやくすみが増えてきます。それは、加齢によって肌の代謝機能が低下して、「新しい細胞を作り古くなった細胞を排出する」という、肌のターンオーバーのサイクルが遅くなることが原因です。さらに、年齢とともに肌の水分量が減少して潤いが不足すると角質層が硬くなり、表面の古い細胞が正常に排出されにくくなります。この時に蓄積されたメラニンがシミやくすみの原因となります。
睡眠不足: ホルモンの中でも細胞の生成を促す成長ホルモンは、夜の10時～2時（お肌のゴールデンタイム）に最も盛んに分泌されます。そのため、この時間に睡眠をとることがベストですが、忙しい現代社会では難しいため、短時間でも質の良い睡眠をとることが重要となります。睡眠中に分泌される成長ホルモンが減少すると、細胞の生成が停滞して肌のターンオーバーも乱れてしまうので、シミが出来やすくなります。