顏色由肌紅蛋白決定
牛肉的顏色主要由肌紅蛋白決定。肌紅蛋白略帶紫色，所以新鮮屠宰的牛肉呈暗紫色。肌紅蛋白與空氣接觸後，會與氧氣結合生成氧合肌紅蛋白，肉就顯示出鮮亮的紅色。而在加熱時，氧合肌紅蛋白很快轉變成高鐵肌紅蛋白，所以自己在家烹飪出來的牛肉總是呈灰色或者褐色。
食品工業護色
工業化生產的牛肉製品，可以保持鮮亮的顏色。這通常是亞硝酸鹽的作用。亞硝酸鹽是防腐劑，可以有效地抑制肉毒桿菌的生長，保證肉的安全性。另外，亞硝酸鹽的分解產物會與肌紅蛋白結合，加熱後形成氧化氮血色質。這個反應抑制了高鐵肌紅蛋白的形成，也就保護了牛肉的顏色。
還有一種烹飪方法是對牛肉進行醃製。醃製會使牛肉中的色素物質發生變化，從而造成顏色的改變，比如變灰、變暗，有的甚至出現綠色。如果只是這些顏色的變化，那麼不影響食用。
彩虹色
有時，切好的熟牛肉會出現類似彩虹的顏色。這種現象的出現源於肌肉纖維的反射。肌肉纖維形成了光柵，被光線照射時，反射的光線發生衍射，就形成了類似彩虹的顏色。經過醃製的牛肉會保有更多的水份，散射更多的光線，也就更容易出現這種現象。
此外，光柵的構成需要光滑的切面，所以一般是機器或者刀工好的廚師切出來的牛肉容易出現彩虹色，而一般人切的牛肉不容易出現。這種熒光顏色跟食物變質無關，既不影響牛肉的安全性，也不影響其營養。
綠色
如果牛肉被細菌污染，就會改變牛肉中的色素，造成牛肉的變色，比如變綠或者類似彩虹的顏色。跟彩虹色不同的是，染菌變色除了讓肉的顏色變暗，還會伴隨異味和表面發黏。如果沒有出現異味和發黏，僅僅只是顏色發生了改變，那麼還是可以安全食用的◆
