التلوين الهيكلي هو إنتاج اللون في الكائنات الحية من خلال الأسطح الهيكلية المجهرية الدقيقة بشكل كافٍ لتسمح بالتداخل مع الضوء المرئي بالاندماج مع أصباغ أو بدونها. لون ريش ذيل الطاووس كمثال هو اللون البني المصبوغ ولكن تركيب الريش المجهري يجعلها تعكس الضوء الأزرق والفيروزي والأخضر أيضًا وغالبًا ما تظهر بتقزح لوني.
لوحِظ التلوين الهيكلي لأول مرة من قبل العالمان الإنجليزيان روبرت هوك وإسحاق نيوتن وفُسِّر المبدأ الخاص بالتلوين الهيكلي وهو مبدأ تداخل الموجة بعد قرن من الزمان من قبل توماس يونج. وصف يونغ التقزح اللوني بأنه نتيجة التداخل بين الانعكاسات الصادرة عن سطحين أو أكثر من الأغشية الرقيقة مندمجًا مع الانكسار الناتج من دخول الضوء ثم خروجه من مثل هذه الأغشية. تحدد الهندسة بعد ذلك أن الضوء المنعكس من كلا السطحين يتداخل بشكل بناء عند زوايا معينة وبشكل هدام عند زوايا أخرى وهذا سبب ظهور ألوان مختلفة عند زوايا مختلفة.
يحدث التداخل الضوئي في حيوانات كالريش في الطيور وقشور الأجنحة في الفراشات من خلال مجموعة من الآليات الضوئية التي تتضمن محززات حيود ومرايا انتقائية وبلورات فوتونية وألياف بلورية ومصفوفات قنوات نانوية والبروتينات التي يمكن أن تتنوع في بنيتها.
تظهر بعض قطع اللحم أيضًا تلوينًا هيكليًا بسبب انكشاف الألياف العضلية بترتيبها الدوري. تتوافق العديد من هذه الآليات الضوئية مع الهياكل الدقيقة التي يمكن رؤيتها بواسطة المجهر الإلكتروني. في النباتات القليلة التي تتسم بتلوين هيكلي تُنتَج ألوان رائعة بواسطة تراكيب داخل الخلايا. عُثر على أكثر الألوان الزرقاء بهاءً في أي نسيج حي في نبات بوليا كوندينساتا المعروف بالتوت الرخامي إذ ينتج الهيكل اللولبي للييفات السليلوزية حيود براج للضوء، ويُنتَج اللمعان الساطع لنبات الحوذان عن طريق انعكاس الضوء على الأغشية الرقيقة على طبقة جلد خارجية مزودة بصبغة صفراء إلى جانب قيام طبقة خلايا النشا الواقعة تحتها تمامًا بالتسبب في الانتشار الواسع للضوء. هناك إمكانية لاستخدام التلوين الهيكلي في العديد من التطبيقات الصناعية والتجارية والعسكرية كاستخدام أسطح مقلدة للطبيعة لإنتاج ألوان خلابة وتمويه متكيف ومفاتيح بصرية فعالة وزجاج منخفض الانعكاس.