I minerali sono il prodotto di una complessa serie di reazioni chimico-fisiche attraverso le quali, a partire da atomi disposti disordinatamente, si arriva a porzioni di materia organizzate in modo periodico ed omogeneo.
Perché i cristalli di una data sostanza si possano formare, occorre che le particelle abbiano la possibilità di potersi muovere in modo da potersi disporre ordinatamente.
La mobilità si ha quando le particelle si trovano:
- allo stato di soluzione;
- allo stato fuso;
- allo stato di vapore.
Quando il minerale si trova in uno di questi tre stati, si ha la separazione di sostanza solida.
La cristallizzazione avviene in due fasi. La prima è la nucleazione, durante la quale gli atomi sparsi si associano in modo ordinato fino a costituire un germe, in genere composto da poche celle elementari. Questo germe o si scinde di nuovo oppure, se le condizioni permangono favorevoli, si ingrandisce per crescita a partire dalla sue superficie, con deposizione di strati successivi di materia o per aggiunte successive di filari a partire da una irregolarità sulla superficie stessa.
Al momento della formazione, e nel corso dell'accrescimento, il minerale si trova in equilibrio chimico-fisico col suo ambiente, perciò ogni cambiamento delle condizioni (pressione, temperatura, pH delle soluzioni, ecc.), o interrompe la crescita, oppure si manifesta con modificazioni nell'organizzazione interna del minerale a livello reticolare (difetti strutturali, presenza di inclusioni, zonature chimiche, ecc.).
Durante l'accrescimento i cristalli possono inglobare sostanze estranee solide, liquide o gassose che prendono il nome di inclusioni.
I processi che danno origine ai minerali sono molteplici:
- cristallizzazione, dovuta a raffreddamento di materiale fuso, magma vulcanico;
- precipitazione, deposizione di sali dovuta al raffreddamento di soluzioni;
- sublimazione, cioè il depositarsi diretto di cristalli a partire da vapori caldi, come avviene nel vulcanesimo secondario;
- evaporazione, quando l'acqua nell'evaporare deposita i sali in essa contenuti;
- attività biologica, l'azione degli organismi che porta alla costruzione di gusci o scheletri di minerali.
- trasformazione, quando i minerali acquistano o perdono elementi, trasformandosi in altri minerali, in seguito a reazioni chimiche.