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Les recherches sur la couleur des gemmes constituent l'une des plus attrayantes facettes de la gemmologie. Elles sont liées à l'optique, à la chimie et aux connaissances les plus récentes concernant la structure et les forces de l'atome.
Les pierres de couleur appartiennent à trois grandes catégories:
Les pierres dont l'élément colorant fait partie intégrante du minéral. Ces gemmes n'ont donc qu'une seule couleur, sensiblement toujours pareille. La turquoise, le péridot, la rhodonite font notamment partie de cette catégorie de pierres que l'on dit "idiochromatiques".
La constitution chimique de la plupart des pierres de couleur ne donne que des produits parfaitement incolores, leur couleur est due à un apport d’éléments chromophores : elles sont dites « allochromatiques ».
D'où vient la couleur ? De la présence accidentelle d'éléments chimiques chromophores dans la grille atomique du cristal. Ces "corps étrangers", qui contaminent le minéral et provoquent l'étonnant phénomène de la couleur, sont le titane, le chrome, le fer, le nickel, le vanadium, le manganèse, le cobalt et le cuivre. Les gemmes ainsi "noyautées" sont appelées "allochromatiques". Le saphir, le rubis, l’émeraude et la tourmaline appartiennent notamment à cette catégorie. Autre sujet d'étonnement: le même élément chimique peut produire des couleurs différentes suivant la structure du cristal-hôte. Ainsi le chrome donne au rubis son pourpre, et à l'émeraude son vert inimitable.
Un effet physique, par exemple la dispersion, est une autre raison de coloration.