Thạch anh là tên gọi theo phiên âm Hán - Việt có nguồn gốc là "石英". Trong tiếng Anh nó được gọi là Quartz. Theo một trong những giả thiết, từ Quartz trong tiếng Đức xuất phát từ từ Queretz gần với từ Querkluftertz trong tiếng Sachsen - Đức, nghĩa là "vân ngang", vì khi quan sát trên bề mặt của tinh thể thạch anh người ta thấy có nhiều sọc nằm trong mặt phẳng ngang vuông góc với phương dài nhất của tinh thể này.

Thành phần hoá học và cấu trúc tinh thể

Trong thành phần của thạch anh ngoài thành phần chính còn có thể chứa một số chất hơi, chất lỏng: CO2, H2O, NaCl, CaCO3,... Các khoáng vật của nhóm thạch anh có công thức rất đơn giản SiO2, là một loạt biến thể đa hình gồm 3 biến thể độc lập: thạch anh, tridimit và cristobalit và tuỳ thuộc vào nhiệt độ, chúng sẽ tồn tại ở các dạng nhất định.

Biến thể nhiệt độ cao của thạch anh kết tinh trong hệ lục phương, biến thể thạch anh vững bền ở nhiệt độ dưới 573 °C kết tinh trong hệ tam phương. Dạng tinh thể thường hay gặp là dạng lưỡng tháp lục phương với các mặt lăng trụ rất ngắn hoặc không có. Thạch anh chỉ thành những tinh thể đẹp trong các hỗng hoặc các môi trường hở, có trường hợp gặp các tinh thể nặng tới một vài tấn có khi tới 40 tấn. Dạng tinh thể của thạch anh khá đa dạng nhưng đặc trưng là thường gặp các mặt m [0111], và có vết khía ngang trên mặt, mặt khối thoi r [1011] và z [0111], lưỡng tháp phức tam phương s [1121], khối mặt thang x [5161]... Ngoài hai biến thể kết tinh thạch anh còn có loại ẩn tinh có kiến trúc tóc: canxedon và thạch anh khác nhau chỉ do quang tính.

Trong thạch anh thường gặp các bao thể thể khí lỏng tạo thành bao thể hai pha. Các bao thể rắn thường gặp nhất là các bao thể kim que của rutin tạo thành những đám bao thể dạng búi tóc hay "tóc thần vệ nữ" cùng với các bao thể tourmalin, actinolit dạng sợi, clorit màu lục, gơtit, hematit màu nâu đỏ và màu cam và một số các bao thể khác nữa.

Các tính chất vật lý và quang học

Tính đa sắc: Thay đổi tuỳ thuộc vào màu của viên đá

Tính phát quang: Loại rose quartz phát quang màu tím lam nhạt, các biến thể của thạch anh trơ dưới tia cực tím.

Màu sắc của thạch anh rất đa dạng nhưng phổ biến nhất là những loại không màu, màu trắng sữa và màu xám và theo màu sắc thạch anh mang các tên khác nhau như: Pha lê trong suốt; Amethyst☃☃: màu tím; Citr: m☃☃ Màu vàng; Smoky quartz: màu ám khói, khi rất tối gọi là "Morion"; Rose quartz: màu đỏ; Aventurin quartz: màu lục; Dumortierit quartz: màu lam đậm hoặc lam tím; Milky quartz: màu trắng tới màu xám; Siderit hoặc sapphire quartz rất ít gặp, chúng thường có màu lam pha chàm.

Các hiệu ứng quang học đặc biệt:

Hiệu ứng mắt hổ (tiger’s eye): Là một hiệu ứng đặc biệt thường thấy ở các biến thể của thạch anh và đặc trưng cho các biến thể có màu từ vàng nâu nhạt tới nâu và đỏ nhạt, lam nhạt hoặc thậm chí màu đỏ và ở các loại bán trong. Nguyên nhân của hiện tượng này là do sự sắp xếp có định hướng của các bao thể dạng sợi bên trong viên đá. Khi viên đá được mài cabochon sự phản xạ của ánh sáng trên bề mặt sẽ cho ta hiệu ứng "mắt hổ" rất đẹp.

Hiệu ứng mắt mèo "cat’s eye": Cũng giống như hiệu ứng mắt hổ nhưng chúng thể hiện đẹp hơn và rõ nét hơn và thường gặp trong các biến thể bán trong và có màu trắng tới màu xám nâu vàng lục nhạt, đen hoặc màu lục oliu tối.

Hiệu ứng sao: Thạch anh hồng và một số biến thể màu xám hoặc màu sữa thường có hiện tượng sao 6 cánh giống như hiệu ứng sao trong ruby và saphia.