Kamienie szlachetne i ozdobne zbudowane są zazwyczaj z prostych oraz nader powszechnie występujących w naturze związków chemicznych takich jak; glinka, krzemionka bądź tlenek magnezu. Ich barwa jest wynikiem domieszki związków miedzi, chromu, niklu oraz żelaza.
Skład chemiczny minerałów opisywany jest za pomocą wzorów chemicznych bez uwzględniania zanieczyszczeń oraz innych niewielkich domieszek, nawet wówczas gdy są one przyczyną przebarwień bądź zupełnej zmiany barwy kamienia.
Prawie wszystkie minerały tworzą formy krystaliczne tj. ciała o jednorodnej, regularnej sieci atomów, jonów, albo cząsteczek o określonej formie geometrycznej, ograniczonej we wzorcowej sytuacji gładkimi ściankami. Struktura wewnętrzna kryształów decyduje o fizycznych właściwościach kamieni szlachetnych takich jak; zewnętrzna forma, twardość, łupliwość, rodzaj przełomu, gęstość oraz zjawiska optyczne. Rozmieszczenie ścian jest właściwe dla danego minerału i nazywa się je wykształceniem, a jego rozwinięcie pokrojem. Pojęcia te można dla uproszczenia określać strukturą.
W krystalografii tj. nauce zajmującej się kryształami, wyróżnia się siedem układów krystalograficznych uporządkowanych w zależności od osi kryształów i kątów przecinania się tych osi.
Tabela.Układy krystalograficzne.
Zrośnięte ze sobą według ustalonych zasad dwa bądź więcej kryształów, nazywa się bliźniakami, trojakami, albo bliźniakami wielokrotnymi, a dowolne zrosty różnorakich kryształów, skupieniami bądź agregatami.
W praktyce nie spotyka się zupełnie czystych kamieni szlachetnych. Zazwyczaj zawierają one w sobie obce substancje zakłócające ich budowę krystaliczną, nazywane wrostkami bądź inkluzjami. Wrostki są cechą indywidualną każdego kamienia, powstają w sposób nieprzypadkowy i można je pogrupować oraz przyporządkować określonym kamieniom szlachetnym, albo ich imitacjom. Potrafią one być minerałem tego samego typu np. diament w diamencie bądź innym np. cyrkon w szafirze. Mogą też być one starsze niż gospodarz bądź wzrastać razem z nim, albo być też młodsze, wytworzone z roztworów które przeniknęły do wnętrza kryształu. Zalicza się do nich pustki wypełnione cieczami takimi jak woda czy kwas węglowy, albo gazami w rodzaju dwutlenku węgla czy tlenku węgla. Są to także uskoki i szczeliny tzw. ogony, widoczne we wnętrzu kamienia, niekiedy dochodzą do jego powierzchni. Wrostki organiczne spotykane są wyłącznie w bursztynach.
