Thạch nhũ ở động Phong Nha, Quảng Bình.Đụn gạo trong động Hương Tích.Thạch nhũ trong động Vân Trình ở Ninh Bình

Thạch nhũ được tạo thành từ CaCO3 và các khoáng chất khác kết tụ từ dung dịch nước khoáng. Đá vôi là đá chứa cacbonat canxi bị hoà tan trong nước có chứa khí cacbonic tạo thành dung dịch Ca(HCO3)2. Phương trình phản ứng như sau[1]:

CaCO(r)
3 + H
2O
(l) + CO(kh)
2 → Ca(HCO
3)(dd)
2

Dung dịch này chảy qua kẽ đá cho đến khi gặp vách đá hay trần đá và nhỏ giọt xuống. Khi dung dịch tiếp xúc với không khí, phản ứng hoá học tạo thành thạch nhũ như sau:[1]

Ca(HCO
3)(dd)
2 → CaCO(r)
3 + H
2O
(l) + CO(dd)
2

Thạch nhũ "lớn" lên với tốc độ 0,13 mm một năm. Các thạch nhũ "lớn" nhanh nhất là những nơi có dòng nước dồi dào cacbonat canxi và CO2, tốc độ lớn có thể đạt 3 mm mỗi năm[2].

Mọi thạch nhũ đều bắt đầu với một giọt nước chứa đầy khoáng chất. Khi giọt nước này rơi xuống, nó để lại phía sau một vòng mỏng nhất chứa canxit. Mỗi giọt tiếp theođược hình thành và rơi xuống đều ngưng tụ một vòng canxit khác. Cuối cùng, các vòng này tạo thành một ống rỗng rất hẹp (0,5 mm), nói chung gọi là thạch nhũ "cọng rơm xô đa". Các cọng rơm xô đa có thể mọc ra rất dài, nhưng nói chung rất dễ gãy. Nếu chúng bị bít lại bởi mảnh vụn, nước bắt đầu chảy ở mặt ngoài, ngưng tụ nhiều canxit hơn và tạo thành thạch nhũ hình nón quen thuộc hơn. Cùng các giọt nước này rơi xuống từ đầu của thạch nhũ ngưng tụ nhiều canxit hơn trên nền phía dưới, cuối cùng tạo thành măng đá thuôn tròn hay hình nón. Không giống như thạch nhũ, các măng đá không bao giờ bắt đầu như là một "cọng rơm xô đa" rỗng. Khi có đủ thời gian, các dạng hình thành này có thể gặp nhau và hợp nhất để tạo thành các cột đá.

Thạch nhũ cũng có thể hình thành trong các ống dung nham, mặc dù cơ chế hình thành của nó đủ khác biệt.

Bê tông

Các thạch nhũ cũng có thể hình thành trên bê tông cũng như từ các mối hàn chì nếu có sự rò rỉ chậm của nước và đá vôi (hay các khoáng vật khác) có trong nguồn cấp nước, mặc dù chúng hình thành nhanh hơn nhiều so với khi trong môi trường hang động tự nhiên.

Cách thức mà thạch nhũ hình thành trên bê tông là do bản chất hóa học khác so với sự hình thành của các thạch nhũ trong các hang động đá vôi và là kết quả của sự hiện diện của ôxít canxi trong be tông. Ôxít canxi này phản ứng với bất kỳ lượng nước mưa nào thẩm thấu vào bê tông và tạo thành dung dịch chứa hiđrôxít canxi. Phản ứng hóa học của nó là[1]:

CaO
(r) + H
2O
(l) → Ca(OH)(dd)
2

Theo thời gian dung dịch hiđrôxít canxi này thoát ra tới rìa của khối bê tông và nếu bê tông là treo lơ lửng trong không khí, chẳng hạn, trên trần nhà hay các xà rầm thì nó sẽ nhỏ giọt xuống từ các rìa này. Khi điều đó xảy ra thì dung dịch tiếp xúc với không khí và một phản ứng hóa học khác sẽ xảy ra. Đó là phản ứng của dung dịch với điôxít cacbon trong không khí và tạo thành các ngưng tụ của cacbonat canxi[1]:

Ca(OH)(dd)
2 + CO(kh)
2 → CaCO(r)
3 + H
2O
(l)

Khi các giọt dung dịch này nhỏ xuống nó sẽ để lại phía sau các hạt cacbonat canxi và theo thời gian chúng sẽ tạo thành thạch nhũ. Thông thường các thạch nhũ này chỉ dài vài centimet với đường kính chỉ khoảng nửa centimet[1].