De aarde bestaat voor vijfentachtig procent uit kristallen. De aardkorst zelf bestaat voornamelijk uit siliciumdioxide, een verbinding van silicium en zuurstof, in combinatie met zes andere, algemeen voorkomende elementen: aluminium, ijzer, calcium, natrium, kalium en magnesium. Deze chemische ‘stoofpot’ vormt de basis voor een ontzagwekkende verscheidenheid van kristal kleuren, vormen, -afmetingen en -hardheden.

Afhankelijk van de omstandigheden (temperatuur, druk, ruimte en tijd) worden uit de ‘cocktail’ van scheikundige componenten bepaalde kristallen gevormd. Wanneer de omstandigheden veranderen, ondergaan soms ook de kristallen een verandering. De reden dat er maar op een paar plaatsen ter wereld diamant gevonden wordt, is dat de omstandigheden waaronder dit kristal zich vormt, relatief zeldzaam zijn. De waarde van deze edelsteen wordt nog verhoogd door het feit dat er vanwege de complexe en voortdurend veranderende natuurlijke omstandigheden maar weinig grote, volmaakt gevormde exemplaren bestaan.

De meeste kristallen en edelstenen, met name de meest gewilde – Diamanten, Robijnen, Saffieren – zijn ontstaan uit gesmolten gesteente, uit magma. Als gevolg van bewegingen in de aardkorst komen er voortdurend kleinere of grotere hoeveelheden gloeiend magma uit het binnenste van de aarde naar boven. Bij afkoeling van dat magma in de hogere, koudere regionen van de aardkorst, ontstaan symmetrisch gevormde, driedimensionale kristallen. Als het magma te snel afkoelt, is er te weinig tijd voor kristalvorming, en ontstaan er amorfe gesteenten zoals Obsidiaan, een natuurlijk glas.

Bij langzaam stollende mineralen is kristalvorming zelden een continu proces. Tijdens de vorming van een kristal kunnen gas- of vloeistofbellen, of laagjes vast materiaal het kristal binnendringen. Deze insluitsels kunnen een steen mooier en aparter maken. Sommige van de mooiste kristallen, zoals kwartskristallen en rhodochrosiet, zijn gevormd uit elementen die zich in opgeloste vorm in holten in het gesteente bevonden. Hier hadden ze de tijd en de ruimte om rustig te groeien.

Kristallen zijn alleen stabiel onder bepaalde scheikundige en natuurkundige omstandigheden. Soms, als die omstandigheden veranderen, veranderen ook de kristallen. Verandering van druk, temperatuur of scheikundige omstandigheden kan ertoe leiden dat zich een nieuw soort mineraal vormt, dat zich in de nieuwe omgeving beter kan handhaven. Zo kan er, wanneer bijvoorbeeld aluminium en fosforrijke mineralen in aanraking komen met zuur, koperhoudend water, vorming van blauw Turkoois plaatsvinden.

Sommige mineralen vertonen ondanks een identieke scheikundige samenstelling zeer uiteenlopende kristalstructuren en eigenschappen; ze zijn in verschillende structuren gekristalliseerd. Diamant en Grafiet bestaan bijvoorbeeld beide uit koolstof; in Diamant liggen de koolstofatomen echter dicht tegen elkaar aan, waardoor een stevige, compacte structuur ontstaat, terwijl de atomen in Grafiet veel minder stevig met elkaar verbonden zijn en in ver van elkaar verwijderde laagjes op elkaar liggen.

Bij sommige kristallen varieert de scheikundige samenstelling zelfs van exemplaar tot exemplaar. Toermalijn heeft bijvoorbeeld een buitengewoon ingewikkelde samenstelling waarin moleculen van gelijke grootte elkaar kunnen vervangen. Daardoor kan Toermalijn, bij vrijwel gelijkblijvende structuur en vorm, allerlei verschillende kleuren en hardheden hebben.