Kamienie szlachetne tworzą się w skałach magmowych i skałach osadowych. Każdy minerał bądź cała grupa minerałów ma dokładnie określony skład chemiczny. Minerały są więc zbudowane z tych samych pierwiastków lub związków chemicznych.
Poza głównymi pierwiastkami, minerały muszą zawierać także dodatkowe pierwiastki, których nie uwzględnia się we wzorach chemicznych. Domieszki te są jednak ważne, ponieważ zmieniają właściwości minerału, między innymi jego barwę.
Opisaną sytuację możemy zilustrować na przykładzie korundów. Zaliczamy do nich takie minerały jak szafiry czy rubiny. Korundy mają bardzo prosty skład chemiczny: dwa atomy glinu połączone z trzema atomami tlenu. „Czysty” korund jest bezbarwny, ale bardzo rzadko się je spotyka w naturze, czego przykładem są leukoszafiry. Przeważnie są ono zabarwione. Chrom i wanad nadają rubinom barwę czerwoną, z kolei żelazo i tytan barwią szafiry na niebiesko. Jeszcze inne kombinacje pierwiastków nadają korundom zielone, żółte a także różowe zabarwienie.
Na stopień koncentracji lub skład chemiczny płynów, w których tworzyły się kryształy, wpływały zmiany temperatury lub ciśnienia otoczenia. Podczas procesu krystalizacji bądź w przerwach między kolejnymi fazami tego procesu mogły pojawić się dodatkowe pierwiastki. Ich różnorodność powodowała nieregularny wzrost lub rysunek kryształów, nierównomierne zabarwienie lub rozmieszczenie kolorów w krysztale. Nierówne, paskowe rozłożenie kolorów może być jednak naturalnym skutkiem krystalizacji. Dzieje się tak na przykład w agatach. Koncentracje koloru, zarówno w strefach wzrostu, jak i w postaci prostych pasków, można czasem zaobserwować w rubinach i szafirach.
Tworzenie kryształu bywało zakłócane. Jego wzrost mógł być nieregularny, a nawet mogły pojawiać się długie przerwy, podczas których powstały kryształ niszczał albo nawet częściowo się roztapiał, zanim z powrotem zaczynał rosnąć.
Kryształy mogą także zawierać tak zwane inkluzje, któego mogą być kryształy innego minerału. Mogły one utworzyć się przed, po albo równocześnie z kryształem, w którym się znajdują. Często uważa się je za skazę lub wadę kamienia szlachetnego, która czasami faktycznie psuje nieco piękno klejnotu, warto jedna pamiętać, że zdarza się i tak, że skazy traktuje się jako te właściwości kamienia, które decydują o tym, że jest on szlachetny. Tak się dzieje w przypadku kwarcu rutylowego, w którym inkluzje rutylu stanowią o większej wartości kamienia i o tym, że kwarc ten jest o wiele rzadszy, a przez to bardziej pożądany.
