水晶屬氧化物類寶石。其化學成分主要為二氧化矽，化學式為SiO2，即氧原子是矽原子的2倍。
水晶屬中級晶族、三方晶系。根據晶體是否有高次軸以及有一個或多個高次軸，把晶體中存在的32個對稱型歸納為低、中、高級三個晶族。在各晶族中，再根據晶體對稱特點劃分為七個晶系：等軸晶系，三方晶系，四方晶系，六方晶系，單斜晶系，三斜晶系和複方晶系。水晶因具有一個三次軸，而屬於中級晶族、三方晶系。
水晶屬一軸晶正光性。因水晶具有一個光軸而稱為一軸晶。當光波垂直一軸晶光軸方向入射時，光發生雙折射，分解成振動方向互相垂直的兩束光，此時，一組分光的振動方向平行於光軸，為非常光的折射率，另一組分光的振動方向與光軸垂直，折射率與常光折射率相等。當非常光折射率值大於常光折射率值時，稱為一軸晶正光性；當非常光折射率值小於常光折射率值時，稱為一軸晶負光性。水晶的非常光折射率值（1.553）大於常光折射率值（1.544），所以水晶的光性稱為一軸晶正光性。
水晶的雙折射率。水晶的非常光折射率值為1.553，常光折射率值為1.544，這二者相减的差0.009，就是水晶的雙折射率值。
水晶的顏色為他色。所謂他色，即由化學成分中微量元素引起的顏色，或稱為機械混入物引起的顏色。化學成分為純二氧化矽水晶的晶體為無色，含微量三價鐵和二價錳呈紫色，含微量二價鐵呈黃色，含微量鐵呈綠色，含微量二價猛、四價鈦呈粉色，含微量三價鋁呈烟色。
水晶的光澤為玻璃光澤。所謂光澤，即寶石礦物表面對光的反射能力。根據光澤的强弱可以將光澤分為金屬光澤、半金屬光澤、金剛光澤和玻璃光澤等。
