Les mécanismes scientifiques qui donnent aux minéraux leur palette chromatique infinie.
La couleur d'un minéral provient de l'interaction entre la lumière visible et sa structure chimique ou physique. On distingue quatre grands mécanismes :
Certains éléments de transition (fer, chrome, manganèse, cuivre, cobalt, nickel, titane, vanadium) absorbent sélectivement certaines longueurs d'onde de la lumière blanche. Le chrome donne le rouge du rubis et le vert de l'émeraude (deux minéraux différents, même chromophore, structures différentes). Le manganèse colore la rhodochrosite en rose, le cuivre la malachite en vert et l'azurite en bleu.
Un électron transféré entre deux ions voisins absorbe une énergie spécifique, créant une couleur. Le bleu du saphir provient d'un transfert de charge Fe²⁺ → Ti⁸⁺. Le noir de la magnétite est dû à des transferts Fe²⁺ ↔ Fe³⁺.
L'irradiation naturelle (uranium, thorium du sol) peut créer des défauts dans le réseau cristallin qui piègent des électrons. Ces défauts absorbent certaines longueurs d'onde. C'est le mécanisme de la couleur violette de l'améthyste et du brun du quartz fumé. Ces couleurs sont souvent réversibles par chauffage.
La labradorescence, l'opalescence, la chatoyance, l'astérisme et l'adularescence sont des effets optiques produits par la structure physique du minéral (lamelles d'exsolution, inclusions orientées, couches submicroscopiques) et non par sa chimie. L'opale, par exemple, doit ses jeux de couleur à la diffraction de la lumière par des sphères de silice nanométriques régulièrement espacées.
Un minéral est idiochromatique quand sa couleur est intrinsèque à sa composition chimique (la malachite est toujours verte, la rhodochrosite toujours rose). Il est allochromatique quand sa couleur provient d'impuretés (le corindon pur est incolore ; des traces de chrome donnent le rubis, de fer et titane le saphir). La plupart des minéraux communs sont allochromatiques, c'est pourquoi le trait (couleur de la poudre) est un critère d'identification plus fiable que la couleur du spécimen.