Chromästhesie bezeichnet das Phänomen, dass Menschen Farben, wenn sie Geräusche hören oder etwas Bestimmtes riechen oder sehen. Chromästhesie ist also die Farbempfindung, die bei einer Riech-, Hör-, Fühl- oder Berührungswahrnehmung mit ausgelöst wird. Diese Form der Synästhesie bildet sich meist in der frühen Kindheit heraus, wenn das Gehirn noch plastisch ist, wobei es vermutlich eine genetische Disposition dafür gibt. Manche Formen der Chromästhesie sie werden auch durch die Umgebung und das Lernen mitbestimmt, was erklärt, warum Zuordnungen von Individuum zu Individuum unterschiedlich, aber nicht streng zufällig sind. Die spezifischen Mechanismen, durch die Synästhesien auftreten, sind aber noch weitgehend unklar, wobei einerseits eine Kreuzaktivierungstheorie und andererseits ein enthemmtes Rückkopplungsmodell entwickelt wurden.
Die Kreuzaktivierungstheorie besagt, dass sensorische Bereiche für die Verarbeitung realer und synästhetischer Informationen tendenziell benachbarte Gehirnregionen sind, da sich bei Menschen mit Chromästhesie unmittelbar nach der Hörwahrnehmung eine Aktivierung von Gehirnbereichen zu beobachten ist, die an der visuellen Verarbeitung beteiligt sind, was auf eine automatische Verknüpfung von Tönen und Farben hinweist.
Das enthemmte Rückkopplungsmodell schlägt hingegen vor, dass diese Kreuzaktivierung auf eine Abnahme der Hemmung in den im normalen erwachsenen Gehirn vorhandenen Netzwerken zurückzuführen ist, wobei eine Chromästhesie dann durch die Schädigung des retino-cortikalen Weges oder vorübergehend durch chemische Wirkstoffe, sensorische Deprivation, Meditation usw. induziert wird. Bekanntlich gibt es in den Gehirnen von Menschen zahlreiche anatomische Querverbindungen, bei denen Hemmung und Erregung ausgeglichen werden. Da bei Synästhetikern jedoch Erregung vorherrscht, werden dadurch andere Strukturen gehemmt.
Chromästhesie ist eine Art von Synästhesie, bei der vorwiegend ein bestimmter Schall (Musik, Sprache, Geräusche) unwillkürlich eine Erfahrung von Farbe, Form und oft auch Bewegung hervorruft. Menschen mit Klangfarbsynästhesie sind sich ihrer synästhetischen Farbassoziationen bzw. -wahrnehmungen im täglichen Leben sehr wohl bewusst. Synästhetiker, die beim Musikhören Farbe wahrnehmen, erleben dabei die Farben zusätzlich zu den normalen Hörempfindungen, d. h., das synästhetische Farberlebnis ergänzt vorwiegend und verdeckt nicht die modalitätsspezifischen Wahrnehmungen. Wie bei anderen Formen der Synästhesie nehmen Menschen mit Klangfarbsynästhesie diese spontan, ohne Anstrengung und als ihren normalen Erfahrungsbereich wahr.
Bei einigen Menschen wird die Chromästhesie nur durch Sprachlaute ausgelöst, während die Chromästhesie bei anderen durch auditive Reize ausgelöst werden kann. In einer Studie zur Untersuchung der Variabilität innerhalb von Synästhesiekategorien gaben 40 Prozent der Menschen mit Chromästhesie für gesprochene Wörter an, dass Stimmlage, Akzent und Prosodie die synästhetische Farbe beeinflussen, während bei nur wenigen Lautstärke oder Gesprächsgeschwindigkeit einen Einfluss haben. Vor allem die emotionale Gestimmtheit des Sprechers konnte die synästhetische Farbe beeinflussen, wobei auch die eigene Stimmung eine Rolle spielt.