Gli smeraldi sono una varietà dal verde al blu-verdastro della specie di gemme berillo [Be3Al2 (Si6O18)]. Il suo colore può derivare da piccole quantità di cromo o vanadio. Sono una gemma dura ma fragile, poiché i difetti sono comuni nella loro formazione. Gli smeraldi si formano sia naturalmente che attraverso condizioni artificiali. Gli smeraldi artificiali sono talvolta chiamati smeraldi "creati". I depositi di smeraldo si trovano nella Carolina del Nord e in California negli Stati Uniti, così come in Colombia, Brasile, Algeria e sui monti Urali. Le varietà comuni di smeraldo includono lo smeraldo stellato, lo smeraldo colombiano, lo smeraldo dello Zambia, lo smeraldo occhio di gatto, lo smeraldo Trapiche e lo smeraldo brasiliano. I minerali comuni che si formano accanto agli smeraldi sono quarzo, feldspato e calcite.
Gli smeraldi naturali si formano nei depositi di pegmatite o nelle vene idrotermali in ambienti metamorfici. In una vena idrotermale, i fluidi idrotermali sono fuoriusciti dal magma più in profondità nella crosta terrestre. Quando questi fluidi contengono gli elementi specifici presenti negli smeraldi (come il berillio) e iniziano a raffreddarsi nelle vene di deposito, gli smeraldi iniziano a formarsi.
Nei depositi di pegmatite il magma, invece dei fluidi idrotermali, è il componente chiave nella formazione degli smeraldi. Quando il magma si raffredda gli elementi rimangono nella soluzione del fluido rimasto. Quando rimangono gli elementi giusti e le condizioni ottimali come il raffreddamento sono in atto, si formano gli smeraldi.
In questi ambienti le temperature variano da circa 750 a 930 gradi Fahrenheit sotto pressioni pari a uno a tre kilobar (circa 7,5 a 21,75 tonnellate di pressione per pollice quadrato). Il raffreddamento richiede lunghi periodi di tempo: gli smeraldi naturali oggi si sono formati centinaia di milioni di anni fa.
Ci sono due tipi principali di ambienti di formazione sintetica dello smeraldo, idrotermale e flusso-crescita. Il metodo idrotermale prevede la coltivazione di una patina di smeraldo su un berillo in un ambiente acido e un "nutriente" ricco di silicio. Il le sostanze chimiche vengono riscaldate a circa 930 - 1112 gradi Fahrenheit a pressioni da 700 a 1400 kilobar (da 5076 a 10150 tonnellate di pressione per pollice quadrato). L'ambiente acido impedisce al cromo di separarsi dal terreno di coltura e il nutriente ricco di silicio viene trattenuto dalle altre sostanze chimiche per evitare di arrestare la crescita degli smeraldi.
Gli smeraldi a crescita di flusso comportano la crescita di uno smeraldo sintetico su un berillo "seme di cristallo" incolore. Molibdati, tungstati e vanadati sono usati per formare un "flusso". Questi materiali sono fusi. Un berillo viene ruotato e posto a contatto con una "zona di fusione rotante" e quindi rimosso. Questo sintetizza il berillo. In questo metodo di coltivazione si formano spesso inclusioni simili a piume.