紫外線がお肌に当たると、メラニン色素が生成されます。メラニン色素は紫外線の防御壁で、お肌の深部に紫外線が入り、細胞が壊されてしまうのを防ぎます。

お肌は、表皮の一番下（基底層）から分裂し、約２８日かけて徐々にお肌の表面に押し出され、最後は角質（垢）となって、はがれ落ちます。このターンオーバー（新陳代謝）をし日々生まれ変わっているので、メラニン色素が生成されても、通常はターンオーバーとともにメラニン色素も排出されます。

そのため、通常の日焼けであれば約１ヶ月後には消えることになります。（年齢・個人差はありますが）
しかし、紫外線によるダメージや年齢、女性ホルモン、睡眠不足など、何らかの原因でターンオーバーのサイクルが乱れると、メラニンの生成が排出のペースを上回り、大量のメラニンがお肌に滞留してしまいます。このように、ターンオーバーが間に合わず、お肌に残ってしまったメラニンが、どんどん蓄積され、シミとなってしまいます。