四环素牙是由于在牙的发育矿化期间服用了四环素药物，通过血液循环达到牙体的硬组织，以钙离子鳌合形成四环素正磷酸钙盐复合物沉积在牙体组织，尤其是牙本质中，导致牙齿颜色的变化，同时还有骨组织的着色，但是后者可随着骨组织的生理代谢活动，使着色逐渐去除，然而，牙的着色却是永久的。此外，四环素牙还可以通过胎盘引起乳牙的着色，一般来说，乳牙着色比恒牙明显，因为乳牙的釉质较薄、较透明，不易遮盖牙本质与四环素结合物颜色。牙的着色程度与四环素的种类、剂量和给药次数有关。在恒牙，四环素的疗程数与着色的程度成正比，但是短期内大剂量服用比长期给相等剂量作用更大。