Hồng ngọc có độ cứng là 9,0 theo thang độ cứng Mohs. Giữa các loại đá quý tự nhiên chỉ có moissanit và kim cương là cứng hơn hết, trong đó kim cương có độ cứng là 10 còn moissanit có độ cứng dao động trong khoảng giữa kim cương và hồng ngọc. Công thức hóa học của hồng ngọc là Al2O3, ở dạng α-alumina với một phần nhỏ các ionCr3+ thay thế vị trí của Al3+ trong mạng tinh thể. Mỗi ion Cr3+ liên kết với 6 ion O2- nằm ở các đỉnh của hình tám mặt. Với cấu trúc như vậy, chúng có khuynh hướng hấp thụ ánh sáng trong vùng từ xanh lục đến tím vì vậy cho đá có màu đỏ. Một phô-tônđi qua cấu trúc của tinh thể chỉ trong một vài 10−12 giây và xuất hiện hiện tượng lân quang phát ra ánh sáng màu đỏ có bước sóng 0,672 micromet. Màu đỏ này kết hợp với màu đỏ do hấp thụ màu xanh lục và tím từ ánh sáng trắng làm cho ánh của ngọc sáng hơn.Tất cả hồng ngọc trong tự nhiên đều bị lỗi như màu tạp và các tinh thể dạng kim của rutil. Các nhà nghiên cứu đá quý dùng dấu hiệu rutil để phân biệt hồng ngọc tự nhiên và loại tổng hợp hoặc loại có đặc điểm giống như hồng ngọc. Thường các loại ngọc thô cần phải nung trước mài (cắt). Hầu hết hồng ngọc ngày nay đều được xử lý ở một mức độ nào đó và người ta thường dùng phương pháp xử lý nhiệt. Tuy nhiên, cũng có những loại hồng ngọc không cần xử lý vẫn có giá trị rất tốt.Một số hồng ngọc được xử lý bề mặt trên bóng sao cho khi ánh sáng phản xạ sẽ thấy được hình ngôi sao 3 cánh hay 6 cánh, với cách này sẽ thể hiện được hình ảnh tốt nhất khi có nguồn ánh sáng đơn chiếu vào nhìn giống như ánh sáng đang di chuyển hay viên ngọc xoay tròn.