การกระจายแสงของอัญมณี หมายถึง การที่แสงสีขาวแตกออกเป็นสีรุ้ง ประมาณ 6 สี คือ เหลือง ส้ม แดง เขียว น้ำเงิน และ ม่วง เมื่อแสงเดินทางผ่านวัตถุที่ีมีหน้าลาดเอียง 2 ด้าน วัตถุไม่มีสีในตัวของมันเองแต่ที่เกิดสีได้ ขึ้นอยู่กับสีของแสงที่จะส่งผ่านแล้วสะท้อนออกมาจากวัตถุนั้น อาจจะกล่าวได้ว่า วัตถุจะมีสีของตัวเองได้เนื่องจากวัตถนันเลือกดูดเอาคลื่นแสงบางสีไว้ ส่วนคลื่นแสงสีที่เหลือจะกระทบตาของผู้ดู และจะรับเอาสีดังที่เห็นไว้ เช่น พลอยสีเขียวที่ปรากฎให้เห็นเป็นสีเขียว เพราะว่าโครงสร้างของอะตอมมิคภายในนั้นมีการดูดเอาคลื่นแสงสีอื่นๆ ไว้เกือบทั้งหมด ยกเว้นคลื่นแสงสีเขียว
เนื่องจากอัญมณีแต่ละชนิดดูดกลืนแสงและบดบังแสงได้ไม่เท่ากัน อัญมณีแต่ละชนิดจึงมีการกระจายแสง (Dispersion) ต่างๆกัน คือกระจายแสงสูง กระจายแสงปานกลาง กระจายแสงต่ำ ส่วนใหญ่การกระจายแสงจะเห็นได้ชัดเจนในอัญมณีสีใสไม่มีสี และอัญมณีสีอ่อนมากๆ บางจำพวกเช่น เพชร และ เพชรเลียนแบบ หรือเพทายสีฟ้า (Blue Zircon) เป็นต้น
ประเภทสีในแร่ธาตุแบ่งเป็น
- อิดิโอโครเมติค (Idiochromatic) หมายถึงสีของอัญมณีเกิดจากธาตุที่จำเป็นต่อโครงสร้างทางเคมีของอัญมณีชนิดนั้น อัญมณีชนิดนี้จะมีสีเดียว ตัวอย่างเช่น คริสวโซโคล่า (Chrysocola) มาลาไคท์ (Malachite) ไดออปไซด์ (Diopside) อะซูไรท์ (Azurite) เทอร์ควอยส์ (Turquoise) และ เพอริดอท (Peridot) เป็นต้น
- อัลโลโครเมติค (Allochromatic) หมายถึงสีของอัญมณีที่เกิดจากการแทรกซึมของธาตุที่ไม่จำเป็นต่อโครงสร้างทางเคมีของอัญมณีชนิดนั้นๆ ตัวอย่างพลอยชนิดนี้เช่น คอรันดัม (Corundum) ซึ่งถ้าอยู่ในสภาพที่ไม่มีมลทินจะไม่มีสี แต่ที่เป็นสีแดง เรียกว่า ทับทิม เพราะการแทรกซึมของธาตุโครเมียม (Chromium) หรือเป็นสีน้ำเิงินเรียกว่า ไพลิน ซึ่งเกิดจากการแทรกซึมของธาตุเหล็ก (Iron) และธาตุไทเทเนียม (Titanium) สีในอัญมณีประเภทนี้ อาจเกิดขึ้นจากตำหนิภายในตัวอัญมณีเอง (Inclusion) เช่นเกล็ดเล้กๆ ของแผ่นแร่ไมก้าสีเขียว (Fuchsite) ในควอทซ์
ธาตุที่มีความสำคัญมากต่อการให้สีแก่อัญมณีมีอยู่ 8 ชนิด คือ
- โครเมียม (Chromium) เป็นธาตุที่สามารถให้สีอัญมณีได้สวยงามมาก ประมาณ 1-2 เปอร์เซ็นต์ ของธาตุโครเมียมที่แทรกเข้าไปในผลึก เช่น ทับทิม (Ruby) และสปิเนล (Spinel) เป็นสีแดง มรกต (Emerald) และ หยกเจไดท์ (Jadeite) เป็นสีเขียว
- เหล็ก (Iron) เป็นธาตุสีที่ธรรมดาที่สุดในอัญมณี และมีมากที่สุดในอัญมณีธรรมชาติ โดยจะมีอยู่ในพลอยส่วนมากไม่ว่าน้อยหรือมากก็ตาม เช่ คริสโซเบอริล (Chrysoberyl) และ ซิทริน (Citrine) เป็นสีเหลือง ซัฟไฟร์ (Sapphire) ทัวมาลีน (Tourmaline) อะคัวมารีน (Aquamarine) สีฟ้าสปิเนล (Spinel) และ การ์เน็ท อัมมานไดท์ (Almandite Garnet) สีแดง เป็นต้น
- แมงกานิส (Manganese) เป็นธาตุที่สามารถพบได้ทั้งอัญมณีประเภท อิดิโอโครเมติก (idiochromatic) และประเภท อัลโลโครเมติค (Allochoromatic) เช่น โรโดโครไซท์ (Rhodocrosite) และโรโดไนท์ (Rhodonite) มอร์แกไนท์ (Morganite) และ คุนไซท์ (Kunzite) เป็นสีชมพู การณ์เน็ท สเปซซาไทท์ (Spessartite Garnet) สีส้ม
- ทองแดง (Copper) จะพบในอัญมณีประเภท อิดิโอโครเมติค (Ldiochromatic) เท่านั้น เช่น คริสโซโคลา (Chrysocolla) เทอร์ควอยซ์ (Turquoise) และอะซูไรท์ (Azurite) เป็นสีฟ้า มาลาไคท์ (Malachite) และไดออปไซด์ (Diopside) เป็นสีเขียว
- นิคเกิล (Nickel) โดยทั่วๆไปแล้วจะไม่ค่อยเกิดในอัญมณี มีน้อยชนิดมาก เช่น คริสโซเพรส (Chrysoprase) และ เพรสโอปอล (Prase Opal) เป็นสีเขียวส่วนใหญ่จะใช้ในการให้สีแก่พลอยสังเคราะห์ เช่น ซัฟไฟร์สังเคราะห์สีเหลืองเป็นต้น
- วานาเดียม (Vanadium) เป็นธาตุที่มีส่วนสำคัญน้อยต่อสีอัญมณีธรรมชาติ เช่น เบอริล (Beryl) กรอสซูลาไรท์ (Grossularite) ซาโวไรท์ (Tsavorite) อเล็กซานไดรท์ คล้ายซัฟไฟร์สัง้คราะห์ (synthetic Alexandrite-like Sapphire) และ ซอยไซท์ (Zoisite) ทั้งหมดเป็นสีเขียว
- ไทเทเนียม (Titanium) เป็นธาตุที่จะเกิดรวมกับธาตุเหล็ก (Iron) ในบางครั้ง เช่นซัฟไฟร์ (Sapphire) และเบนิทอยท์ (Benitoite) เป็นสีน้ำเงิน
- โคบอลท์ (Cobalt) เป็นธาตุที่พบในธรรมชาติได้น้อยมาก แต่นิยมใช้ให้สีในพลอยสัเคราะห์ และพลอยเลียนแบบ เช่น สปิเนลสังเคราะห์ (Synthetic Spinel) แก้ว (Glass) ควอทซ์น้ำเงินสังเคราะห์ (Synthetic Blue Quartz) ทั้งหมดเป็นสีน้ำเงิน ในพลอยธรรมชาติอาจพบในสปิเนล (Spinel) แถบประเทศศรีลังกา เป็นพลอยสีน้ำเงินซึ่งหายากมาก แต่พลอยชนิดนี้จะมีธาตุเหล็กปนอยู่