Драгоценные камни — природные ископаемые — минералы, образовавшиеся сложным путем в земной коре, встречаются, как правило, в форме кристаллов.
Образовавшиеся в природе кристаллы драгоценных камней строятся на основе симметрии и в соответствии с кристаллографическими осями делятся на шесть кристаллических систем:
1. Кубическая (правильная) — случай абсолютной симметрии (алмаз, шпинель, гранат).
2. Квадратная — три оси взаимно перпендикулярны, из них две одинаковой длины (циркон).
3. Ромбовидная — три неодинаковых по длине оси взаимно перпендикулярны (александрит, топаз, хризолит, марказит).
4. Гексагональная — три оси сходятся под углом 60°, четвертая ось стоит на их плоскости перпендикулярно (корунд, берилл, кварц).
5. Однонаклонная — три неодинаковых по длине оси, две из них образуют косой угол, а третья стоит на их плоскости перпендикулярно (кунзит, адуляр, малахит).
6. Трехнаклонная — три неодинаковых по длине оси и три косых угла (амазонит, лабрадорит).

Минералы, встречающиеся в случайных формах, называются бесформенными (аморфными), например опал, влтавин, также янтарь и др. С химической точки зрения драгоценные и поделочные камни являются химическими соединениями, лишь алмаз является элементом — это чистый углерод. Для того, чтобы различать драгоценные камни, недостаточно знать лишь цвет их отдельных разновидностей. Нередко чутье не подтверждается опытом. Необходимо знать их физические и оптические свойства. Из физических свойств основными являются плотность и твердость.
Плотность — величина, выражающая массу вещества в единице объема. В системе СИ в качестве единицы плотности принят кг/м3. Плотность дистиллированной воды при 4° С равна 1000 кг/м3. Плотность определяют взвешиванием камня на воздухе и в воде. На воздухе взвешивают камень обычным способом. В воде подвешивают его на нитке (склянку с водой помещают' под чашку весов). От массы камня на воздухе вычитают массу камня в воде и первоначальную массу делят на вычисленную разность. Например, желтый камень на воздухе имеет массу 3,33 г, в воде — 2,38 г. Первоначальную массу 3,33 г делят на разность 0,95. Результат 3,50 умножают на 1000. Желтый камень, плотность которого равна 3500 кг/м3, называется топаз (плотность цитрина 2650 кг/м3); конечно, предполагается, что была проверена его твердость, так как упомянутый камень оставляет царапины на кварце, однако он мягче корунда.
Плотность можно определить также тяжелыми жидкостями (растворами различных минеральных солей в воде или определенных органических веществ в эфире). Если минерал упадет на дно то, он имеет большую плотность по сравнению с веществом, если он плавает внутри раствора, то имеет с веществом одинаковую плотность, а если плавает на поверхности, то плотность его ниже плотности вещества. Следующим вспомогательным средством для определения плотности является пикнометр — колба с притертой пробкой, в которой имеется небольшое отверстие (капилляр). После взвешивания заполненного водой пикнометра в него опускают камень, а вытесненную воду аккуратно высушивают промокательной бумагой. По разнице между массой драгоценного камня и вытесненной водой определяют плотность камня.
Твердость, т. е. сопротивление, которое оказывает минерал действию на него инородного тела, имеет большое значение для распознания драгоценных камней. В повседневной практике твердость устанавливают простым царапанием по шкале Мооса, которая упорядочена так, что предыдущий минерал можно поцарапать последующим.
Исследование плоскостной твердости на истирание выявило, что кварц имеет истираемую поверхность, равную 120, топаз — 175, корунд— 1000, а алмаз — 140 000. Алмаз является самым твердым из известных до сих пор природных веществ.
Точное определение твердости является необходимым условием, однако с помощью прибора склерометра получить точные результаты невозможно. Бывает и так, что материал показывает неодинаковую твердость, например, алмаз на поверхности тверже, чем внутри (самый твердый алмаз австралийский).
Спайность — природная делимость драгоценных камней на кристаллографические пластины. Спайными являются алмаз, топаз, турмалин, перидот, лунный камень (раскалываются в определенном направлении, подобно пихте, которая расщепляется зубилом в направлении во. локон). Легко раскалывается известь, полевой шпат, тогда как кварц совершенно не раскалывается. Качество спайности драгоценных камней используют при подготовке сырья к шлифовке: крупные куски расщепляют на мелкие, а дефектные части (бракованные) отщепляют. Спайность ничего общего не имеет с твердостью.