Ein vollkommen anderes Färbeprinzip verfolgen die Direktfarbstoffe, die chemisch mit der Faser des Färbegutes verbunden sind und sich ohne Hilfe weiterer Chemikalien an die Faser anlagern. Sie sind wasserlöslich und weisen funktionelle Gruppen auf, die eine kovalente Bindung mit funktionellen Gruppen des Färbeguts ausbilden können. Unter einer funktionellen Gruppe versteht man den Molekülteil, der das Reaktionsverhalten organischer Verbindungen bestimmt.
Besonders gut für Direktfarbstoffe geeignet sind Fasern aus Wolle und Seide, da diese aus Proteinen bestehen. Proteine weisen zahlreiche saure und basische funktionelle Gruppen auf, die mit einem Farbstoff reagieren können.