Alasan mengapa oksida besi nano dapat menghasilkan warna yang berbeda terutama terkait dengan struktur kristal, ukuran partikel, dan keadaan permukaannya.
Struktur kristal oksida besi nano berbentuk heksagonal, dan parameter kisi berubah seiring dengan berkurangnya ukuran partikel. Ketika ukuran partikel besar (biasanya lebih besar dari puluhan nanometer), oksida besi menunjukkan struktur α- Fe2O3 yang khas, juga dikenal sebagai struktur hematit, berwarna merah. Hal ini karena struktur α- Fe2O3 yang khas memiliki reflektifitas yang tinggi terhadap cahaya tampak, menyerap panjang gelombang yang lebih pendek (biru-hijau) dalam cahaya tampak, dan hanya menyisakan panjang gelombang merah yang lebih panjang untuk diamati.
Ketika ukuran partikel mengecil hingga skala nano, oksida besi mengalami perubahan parameter kisi dan efek permukaan, yang menyebabkan perubahan warna. Ketika ukuran partikel kecil sampai batas tertentu (biasanya kurang dari puluhan nanometer), oksida besi menunjukkan sifat magnet γ- Struktur Fe2O3, juga dikenal sebagai oksida besi magnetik, berwarna hitam. Hal ini disebabkan karena struktur oksida besi magnetik memiliki reflektifitas yang lebih rendah terhadap cahaya tampak, menyerap lebih banyak cahaya tampak, dan tidak menghasilkan pantulan yang berarti sehingga menghasilkan warna hitam.
Selain itu, keadaan permukaan oksida besi nano juga dapat berdampak pada warna. Permukaan material nano mempunyai luas permukaan spesifik yang besar dan rentan berinteraksi dengan lingkungan sekitarnya. Misalnya, jika terdapat lapisan oksida atau penutup organik pada permukaan oksida besi nano, warnanya dapat berubah dan bubuk berwarna lainnya dapat muncul.
Secara keseluruhan, warna oksida besi nano bergantung pada struktur kristal, ukuran partikel, dan keadaan permukaannya. Oksida besi dengan ukuran partikel lebih besar menunjukkan warna merah yang khas, sedangkan oksida besi dengan ukuran partikel lebih kecil menghasilkan warna hitam, dan keadaan permukaan juga mempengaruhi warna tersebut.
