Lorsque la phénolphtaléine est ajoutée à une base, sa couleur passe de l’incolore au rose. En effet, la phénolphtaléine est un acide faible qui donne un proton (H+) dans les solutions acides, ce qui donne une solution incolore. Cependant, dans les solutions basiques, les ions hydroxyde (OH-) de la base réagissent avec la phénolphtaléine protonée, lui faisant perdre son proton et former l'anion phénolphtaléine. Cet anion est responsable de la couleur rose observée dans les solutions basiques.

La réaction chimique qui a lieu peut être représentée comme suit :

HIn (incolore) + OH- (base) → In- (rose) + H2O

Où HIn représente la phénolphtaléine protonée et In- représente l'anion phénolphtaléine.

Le changement de couleur de la phénolphtaléine est réversible, ce qui signifie qu'elle peut redevenir incolore si le pH de la solution est à nouveau abaissé en ajoutant un acide. Cette propriété fait de la phénolphtaléine un indicateur utile pour les titrages acide-base, où elle est utilisée pour signaler le point d'équivalence, ou le point auquel l'acide et la base ont complètement réagi.