Der Amethyst gehört zu der Quarzgruppe. Quarz kristallisiert hexagonal, was zu den typischen spitzen Kristallformen führt. Diese Kristalle entstehen in vulkanischen Gesteinsdrusen, die als Hohlräume in erkalteten Lavaflüssen vorkommen. Die Kristalle sind oft durchscheinend bis transparent und zeigen ein beeindruckendes Farbspiel, wenn sie Licht ausgesetzt werden. Einschlüsse oder Wachstumsrisse sind natürliche Merkmale, die jedem Stein ein individuelles Aussehen verleihen.
Die Quarz-Varietäten werden in zwei Gruppen eingeteilt: Sie bestehen entweder aus einem einzelnen Kristall (makrokristallin) wie der Amethyst, aber auch Citrin, Tigerauge oder Rosenquarz, oder besitzen eine Kristallstruktur, die so fein ist, dass nicht einmal unter dem Mikroskop einzelne Partikel zu erkennen sind (kryptokristalline Quarze wie der Achat, Karneol, Jaspis und Onyx). Das Gemmologische Institut von Amerika (GIA) hat den Quarz grundsätzlich als Edelstein vom Typ II eingestuft. Es gibt aber alle Qualitäten, daher können sie transparent, transluzent oder opak sein. Mineralogisch gesehen bestehen Amethyste aus Siliziumdioxid (SiO2).
Die Farbe des Amethysts reicht von leichten Fliedertönen bis hin zu sattem Purpur und wird durch das Spurenelement Eisen sowie natürlicher Strahlung erzeugt. Neben den bekannten Violetttönen gibt es zudem auch grüne Amethysten, die unter dem Namen Prasiolith gehandelt werden.
Die Farbverteilung innerhalb eines Amethysts kann ungleichmäßig sein, in der Regel wird ein Amethyst aber immer so geschliffen, dass keine Farbzonen zu sehen sind, sondern sich die Farbe über den gesamten Edelstein gleichmäßig verteilt. Die Herkunft spielt bei der Amethystfarbe eine wichtige Rolle. So hat jedes Ursprungsland seine eigenen, unterschiedlichen Farbakzente. Generell wird ein reines Violett bevorzugt, Amethyste zeigen jedoch oft eine bläuliche, gräuliche oder auch rosafarbene Nuance. Letztendlich sollte hier der persönliche Geschmack entscheiden, welche Amethystfarbe die richtige ist. Oft sind die Spitzen der Amethyste dunkler als Basis (Spitzenamethyst). Diese kann sogar reinweiß, also aus purem Quarz bestehen.
Für die Bildung von Amethyst müssen mehrere geologische Voraussetzungen in einem sehr langen Zeitrahmen zusammenkommen. Entscheidend ist zunächst das Vorhandensein vulkanischer Hohlräume sogenannte Drusen oder Geoden, die beim Abkühlen von Lava oder vulkanischer Asche entstehen. Diese Hohlräume bieten den idealen Raum, in dem sich Mineralien ansammeln und langsam Kristalle bilden können. In diese Hohlräume dringt im Laufe der Zeit mineralhaltiges Wasser ein, das reich an Siliziumdioxid und Spurenelementen ist. Besonders wichtig ist dabei ein geringer Anteil an Eisenionen, denn ohne dieses Element könnte sich keine violette Färbung entwickeln. Das Wasser zirkuliert durch feine Risse im Gestein, lagert immer wieder dünne Schichten von Siliziumdioxid ab und ermöglicht so das schrittweise Wachstum der typischen hexagonalen Quarzkristalle.
Der Prozess vollzieht sich extrem langsam und oft über Millionen von Jahren. Die Konditionen müssen währenddessen relativ stabil bleiben. Gleichmäßige Temperaturen, recht konstante chemische Zusammensetzungen sowie eine sehr langsame Abkühlung des Gesteins. Jede Störung, wie plötzliche Temperaturänderungen oder Veränderungen im Mineralgehalt des Wassers, kann das Wachstum beeinflussen, zu Einschlüsse führen oder sogar den Prozess zum Stillstand bringen.