この毛色の原因遺伝子は、変異型MATP遺伝子(クリーム様希釈遺伝子)と、変異型MC1R遺伝子(栗毛遺伝子)である。前者をヘテロで、後者をホモで持っている。芦毛遺伝子や白毛遺伝子など、より優先される毛色関連遺伝子は持たない。
栗毛遺伝子をホモで持つと、濃いフェオメラニンによる赤っぽい毛色になるが、これに加えてクリーム様希釈遺伝子を持つため、メラニンの濃度が下げられ、薄いフェオメラニンによるクリーム色の毛色になっている。
クリーム様希釈遺伝子については佐目毛参照。佐目毛(クリーム様希釈遺伝子がホモ)と異なり、月毛はクリーム様希釈遺伝子をヘテロでしか持たないため、佐目毛ほど全身白くはならない。