Quando a fenolftaleína é adicionada a uma base, ela sofre uma mudança de cor de incolor para rosa. Isso ocorre porque a fenolftaleína é um ácido fraco que doa um próton (H+) em soluções ácidas, resultando em uma solução incolor. Porém, em soluções básicas, os íons hidróxido (OH-) da base reagem com a fenolftaleína protonada, fazendo com que ela perca seu próton e forme o ânion fenolftaleína. Este ânion é responsável pela cor rosa observada nas soluções básicas.

A reação química que ocorre pode ser representada da seguinte forma:

HIn (incolor) + OH- (base) → In- (rosa) + H2O

Onde HIn representa a fenolftaleína protonada e In- representa o ânion fenolftaleína.

A mudança de cor da fenolftaleína é reversível, o que significa que ela pode voltar a ficar incolor se o pH da solução for reduzido novamente pela adição de um ácido. Esta propriedade faz da fenolftaleína um indicador útil para titulações ácido-base, onde é usada para sinalizar o ponto de equivalência, ou o ponto em que o ácido e a base reagiram completamente.