一、宝石矿物晶体化学的分类
从晶体化学的角度，宝石矿物可划分为含氧盐类、氧化物类和自然元素类等。
（一）含氧盐类
大部分宝石矿物属于含氧盐类，其中又以硅酸盐类矿物居多。据统计，宝石矿物中硅酸盐类矿物约占一半，还有少量宝石矿物属磷酸盐类。
1.硅酸盐类
在硅酸盐类矿物的晶体结构中，硅氧络阴离子配位的四面体［SiO4]4-是它们的基本构造单元。硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，也可以以其角顶相互连接而形成多种复杂的络阴离子（基型）。根据硅氧四面体在晶体结构中的连接方式，可分成以下几种。
（1）岛状基型
表现为单个硅氧四面体［SiO4]4-或每两个四面体以一个公共角顶相连组成双四面体在结构中独立存在。它们彼此之间靠其他金属阳离子（如Zr4+、Fe2+、Mg2+、Ca2+等）来连接，它们之间并不相连，因而呈独立的岛状。属于此类的宝石矿物有锆石ZrSiO4、橄榄石（Mg,Fe）2SiO4、石榴石A3B2（SiO4）3（其中A为Mg2+、Fe2+、Ca2+、Mn2+等二价阳离子，B为Al3+、Fe3+、Cr3+等三价阳离子）、黄玉Al2SiO4（F,OH）2、榍石CaTi（SiO4）O、十字石Fe2Al9（SiO4）4O6（O,OH）2和绿帘石Ca2FeAl2（Si2O7）（SiO4）O（OH）等。
（2）环状基型
结构中包含由三个、四个或六个［SiO4]4-硅氧四面体所组成的封闭的环（分别叫三方、四方和六方环）。环内每一个四面体均以两个角顶分别与相邻的两个四面体连接，而环与环之间则靠其他金属阳离子连接。属于此类的宝石矿物有蓝锥矿BaTiSi3O9（三方环）、绿柱石Be3Al2Si6O18（六方环）、堇青石（Mg,Fe）2Al3AlSi5O18（六方环）和电气石（六方环）等。
（3）链状基型
指每一［SiO4]4-四面体以两个角顶分别与相邻的两个［SiO4]4-四面体连成一条无限延伸的链，链与链之间通过其他金属阳离子来连接。属于此类的宝玉石有翡翠、软玉、透辉石和蔷薇辉石等。
（4）架状基型
每个［SiO4]4-四面体均以其全部的四个角顶与相邻的四面体连接，组成在三维空间中无限扩展的骨架。属于此类的宝石矿物有月光石、日光石、拉长石、天河石和方柱石等。
2.磷酸盐类
该类含有磷酸根［PO4]3-阴离子。由于半径较大，因而要求半径较大的阳离子（如Ca2+、Pb2+等）与之结合才能形成稳定的磷酸盐。此类矿物成分复杂，往往有附加阴离子。属于此类的宝石矿物有磷灰石Ca5（PO4）3（F,Cl,OH）和绿松石CuAl6（PO4）4（OH）8·4H2O等。
（二）氧化物类
氧化物是一系列金属和非金属元素与氧阴离子O2-化合（以离子键为主）而成的化合物，其中包括含水氧化物。这些金属和非金属元素主要有Si、Al、Fe、Mn、Ti、Cr等。阴离子一般按立方或六方最紧密堆积，而阳离子则充填于其四面体或八面体空隙中。属于简单氧化物的宝石有刚玉矿物（Al2O3）的红宝石、蓝宝石，SiO2类矿物（SiO2和SiO2·nH2O）的紫晶、黄晶、水晶、烟晶、芙蓉石、玉髓、欧泊、蛋白石及金红石（TiO2）等。属于复杂氧化物的宝石矿物有尖晶石（Mg,Fe）Al2O4和金绿宝石BeAl2O4等。
（三）自然元素类
有些金属和元素可呈单质独立出现。属于此类的宝石矿物有钻石（成分为C）等。
二、宝石矿物的化学组成及其变化
宝石矿物的化学成分和晶体结构是决定一个宝石矿物种的两个最基本的因素。只考虑其化学成分，不考虑结构不能确定一个宝石种；同样，只考虑其结构而不考虑化学成分也不能确定一个宝石种。例如，化学成分为碳（C）的固体，只有当C以立方对称排列时，才能确定其为钻石或金刚石；而如果C以六方对称排列时，只能确定为石墨。同样，都具立方面心格子构造的固体，化学成分为NaCl时，其为石盐，而化学成分为CaF2时，只能确定其为萤石。因此，化学成分是宝石矿物存在的物质基础，晶体结构是其存在的表现形式，二者是相互依存的，离开一方，另一方也就不再存在。很显然，矿物的化学成分和结构是决定宝石矿物一切性质的最基本因素。
作为一个宝石矿物种，其化学成分可分为主要化学成分和次要或微量成分。主要化学成分是指能保持其结构的化学成分，如果缺某个成分，其结构便不能存在或保持。但在保持其结构和物化性质基本不变的条件下，主要化学成分是可以有一定变化的，或者说它可以有一个变化范围。因此我们说，宝石矿物的化学组成并不是固定不变的，而是可以有一定的变化幅度的。如刚玉宝石矿物，是具三方对称的Al2O3，不含任何次要或微量成分时，呈无色透明，Al和O均为其主要化学成分。但Al可以被少量的Cr所替代，而呈现红色，这时的Cr就可称为刚玉的次要化学成分或微量元素。但Cr的替代量是有限的，更不能全部替代Al，否则就不能保持其三方对称的结构，刚玉也就不能存在了。引起矿物化学成分变化的原因很多，主要是类质同象替代（下一节将详述）和一些微细组分的机械混入（可以以显微包体形式存在）。对宝石矿物而言，杂质组分的介入是极其重要的，它可使宝石矿物呈现各种漂亮迷人的颜色（如祖母绿因含有微量Cr元素而呈现美丽的翠绿色），也可使部分宝石矿物具有特殊的光学效应（如星光效应和猫眼效应等）。
三、宝石矿物中的水
许多宝石矿物含有水，根据矿物中水的存在形式及它们在晶体结构中的作用，可以把水分成以下几大类。
1.吸附水
吸附水不参加晶格，是渗入在矿物集合体中，为矿物颗粒间隙或裂隙表面机械吸附的中性水分子（H2O）。吸附水不属于矿物的化学成分，不写入化学式。它们在矿物中的含量不定，随温度和湿度变化而不同。常压下温度达到100～110℃时，吸附水就基本上从矿物中逸出，而不破坏晶格。吸附水可以呈气态、液态或固态。
另外，水胶凝体中含有一种特殊类型的吸附水，称为胶体水。它被微弱的联结力固着在微粒的表面，通常计入矿物的化学组成，但其含量变化很大。例如蛋白石，其分子式为SiO2·nH2O（n为H2O分子数，不固定）。
2.结晶水
结晶水以中性水分子（H2O）存在于矿物中，在晶格中占有固定的位置，起着构造单位的作用，是矿物化学组成的一部分。水分子的数量与矿物其他成分之间有固定的比例。结晶水从矿物中逸出的温度一般不超过600℃，通常为100～200℃。当结晶水失去时，晶体的结构将被破坏并形成新的结构。
比如绿松石就是一种含结晶水的磷酸盐，分子式为CuAl6（PO4）4（OH）8·5H2O，其中H2O含量达19.47%。
3.结构水
结构水（也称化合水）是以OH－、H＋、H3O＋等离子形式参加矿物晶格的“水”，其中OH－形式最为常见。结构水在晶格中占有固定的位置，在组成上具有确定的比例。由于与其他质点有较强的键力联系，结构水需要较高的温度（通常在600～1000℃之间）才能逸出。当其逸出后，晶体结构完全破坏。
许多宝石矿物都含有这种结构水，例如：碧玺NaMg3A l6（Si6O18）（BO3）3（OH）4、十字石Fe2Al9（SiO4）4O6（O,OH）2、黄玉Al2SiO4（OH,F）2和磷灰石Ca5（PO4）3（F,Cl,OH）等。
此外，在堇青石和绿柱石平行Z轴的结构通道中，常会有一定数量的水，含量有一定的变化。其存在形式和结构状态到目前仍不太清楚。它是一种特殊类型的结构水，它的失去需要很高温度。