Коштовні камені - це мінерали, що утворюються в гірських осадових породах. Кожен мінерал (або група мінералів) має певний хімічний склад, що знаходить відображення в його формулі. Крім основних елементів в його складі можуть бути присутні й інші речовини, які знайшли відображення в хімічній формулі; ці акцесорних елементи (елементи-супутники) можуть впливати на властивості мінералу, наприклад на його колір. Так, сімейство корунду, до якого належать рубін і сапфір, має дуже просту хімічну формулу: в молекулі корунду міститься два атоми алюмінію (АI) і три атома кисню (0). Чистий корунд - безбарвна речовина, але в природі рідко утворюються ідеальні дорогоцінні камені, і зазвичай корунд буває забарвлений. Хром іванадій - це ті самі акцесорних елементи, які надають рубіну характерний для нього червоний колір; синій сапфір зобов'язаний своїм кольором залозу і титану, а зелений, жовтий і рожевий сапфіри - іншим сполученням елементів-супутників.
Зміни температури або тиску можуть вплинути на концентрацію і склад рідкої фази, в якій утворюються деякі дорогоцінні камені. Акцесорні елементи можуть бути присутніми протягом всього процесу освіти дорогоцінного каменю або з деякими інтервалами - це залежить від переважаючих зовнішніх умов. Зміна складу елементів в процесі освіти дорогоцінного каменю може привести до того, що у нього буде неправильна форма або нерівномірне забарвлення. Чергування різнокольорових смуг, пов'язане з умовами освіти, може бути абсолютно очевидним. Наочний приклад - шарувата забарвлення агата. Нерідко більш інтенсивне забарвлення в зонах росту кристалів можна побачити у рубінів і сапфірів.
Іноді процес утворення дорогоцінного каменю переривається, зростання може бути спорадичним; можливі також інтервали, і перш ніж зростання відновиться, камінь встигає частково зруйнуватися або розчинитися. У дорогоцінному камені (в матриці) можуть міститися кристали іншого мінералу (включення). Ці включення можуть утворитися до, після або одночасно з матрицею. Їх можна сприймати як дефекти, що псують красу каменю, або як особливості, що додають йому ще більшу привабливість. Прикладом тут може послужити рутиловий кварц (кварц волосатик): включення рутилу в кварці надають йому унікальність і збільшують цінність.
Гірські породи складаються з мінералів, але не всі мінерали утворюють крупні кристали без тріщин і непривабливих включень, такі, які можна було б використовувати в якості дорогоцінних каменів. Більшість кристалів настільки малі, що їх можна розглянути тільки під мікроскопом. Що ж стосується великих кристалів, то лише дуже невелика частина з них настільки хорошої якості, що їх варто піддавати обробці і перетворювати в дорогоцінні камені. Про таких кристалах кажуть, що вони ювелірної якості і підлягають
огранювання.
Дорогоцінні камені утворюються в гірських породах трьох типів: магматичних, осадових і метаморфічних. Освіта гірських порід - це безперервний цикл подій, що включає всі зміни, яким піддається гірська порода: перетворення в пил під впливом вітру, снігу і дощу (вивітрювання), розмивання річками і потоками води (ерозія) і перетворення в опади на дні річок і морів ( відкладення). Потім ці опади перетворюються в нові гірські породи, і цикл триває.