Veza između crvene kose i pjegica je da su oboje uzrokovane genom MC1R. Ovaj gen je u osnovi odgovoran za proizvodnju proteina MC1R, koji je uključen u distribuciju pigmenata kose i kože. Dva glavna pigmenta utječu na kosu i kožu ljudi, eumelanin i feomelanin. Ljudi s pjegama i crvenom kosom imaju više feomelanina od ljudi s drugim bojama kose i kožom bez pjega. Osnovni razlog za to je taj što gen MC1R ili radi – u tom slučaju mijenja feomelanin u eumelanin – ili ne radi, što rezultira nakupljanjem feomelanina.
Genetika je u osnovi studija o tome kako se osobine prenose u genima s roditelja na djecu. Svako dijete dobiva dvije kopije svakog gena, jednu od majke, a drugu od oca. Varijacije u stvarima poput boje kose i očiju povezane su s genetikom i mogu se objasniti različitim verzijama svakog gena koji se može naslijediti od roditelja. I crvena kosa i pjege mogu biti uzrokovane verzijom istog gena, pa je veća vjerojatnost da će ljudi s tom verzijom gena razviti te karakteristike.
Razumijevanje funkcije gena MC1R važno je za razumijevanje veze između crvene kose i pjegica. Gen u biti govori tijelu kako proizvesti protein MC1R, koji je odgovoran za upravljanje pigmentima u koži. Pigmenti su različite kemikalije koje kontroliraju boju kože, a dva glavna su eumelanin i feomelanin. Feomelanin je mnogo rjeđi, a većina ljudi s funkcionalnim MC1R genom pretvara ga u eumelanin, što rezultira da većina ljudi ima drugu boju kose osim crvene. Ako gen ne radi kako treba, tada se nakuplja feomelanin, što uzrokuje crvenu kosu i crvenu pojavu pjegica.
Pjege su uzrokovane nejednakom distribucijom stanica melanocita unutar kože. Većina ljudi ima raširene melanocite, koji stvaraju pigment odgovoran za promjenu boje kože kada su izloženi suncu. Ljudi s raširenim melanocitima ravnomjerno tamne, ali ljudi s njihovim nakupinama završavaju s koncentriranim mrljama različite boje, koje se nazivaju pjegicama. MC1R gen također može uzrokovati da se stanice melanocita zgrče zajedno na ovaj način. Zbog toga ljudi s oštećenim genima MC1R često imaju crvenu kosu i pjege.
Razlog zašto neki ljudi imaju crvenu kosu bez pjega ili pjegice bez crvene kose je taj što primaju dvije kopije svakog gena, jednu od majke i jednu od oca. Ako je samo jedan gen slomljen, tada osoba može dobiti nakupine melanocita, ali ne i višak feomelanina. U slučajevima kada su oba slomljena, osoba će dobiti crvenu kosu i pjegice.