ทับทิมจะถูกสร้างขึ้นก็ต่อเมื่อมีการรวมแร่ธาตุที่เฉพาะเจาะจงเข้าด้วยกัน ซึ่งจำเป็นที่สุดคือคอรันดัม คอรันดัมเกิดขึ้นเมื่ออะลูมิเนียมออกไซด์ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าไอโซมอร์ฟัส ซึ่งอะลูมิเนียมไอออนบางส่วนจะถูกแทนที่ด้วยโครเมียม สีแดงมีความลึกและความคมชัดแตกต่างกันไป แต่การแปรผันของสีใดๆ ที่เบี่ยงเบนไปจากพันธุ์สีแดงจะถูกจัดประเภทเป็นไพลิน แร่ธาตุบางชนิดอาจทำให้ทับทิมแสดงรูปแบบการสะท้อนแสงรูปดาวเมื่อหินถูกตัดให้เป็นรูปทรงคาร์โบชอน ซึ่งมักพบในทับทิมที่มีแร่ธาตุ เช่น ไททาเทียมหรือรูไทล์
คอรันดัมไม่มีสีตามธรรมชาติและเป็นแร่ธาตุที่แข็งที่สุดชนิดหนึ่งที่รู้จักบนโลก เมื่อรวมกับองค์ประกอบบางอย่างในปริมาณเล็กน้อย คอรันดัมจะสร้างสีแดงได้หลากหลาย เมื่ออะลูมิเนียมออกไซด์และธาตุตามรอยสัมผัสกับแรงดันสูงและอุณหภูมิสูง พวกมันจะกลายเป็นส่วนผสมที่หลอมเหลวซึ่งทำให้เกิดผลึกทับทิม เมื่อโครเมียม ไททาเนียม เหล็ก วาเนเดียมหรือรูไทล์ หรือแม้แต่โลหะผสม รวมอยู่ในส่วนผสมของอะลูมิเนียมออกไซด์ ผลลัพธ์ก็คือสีแดงที่ลุกเป็นไฟซึ่งสัมพันธ์กับทับทิม ทับทิมสามารถมีสีสม่ำเสมอ มีเฉดสีฟ้า สีม่วง หรือสีส้ม เป็นสีสองสีหรือหลายสี แต่มักมีสีแดงหลากหลาย
ผลึกก่อตัวขึ้นเมื่อส่วนผสมที่หลอมละลายเย็นตัวลง อัตราการเย็นตัวจะเป็นตัวกำหนดความชัดเจนและขนาดของคริสตัล ตลอดจนจำนวนทับทิมที่จะก่อตัว เมื่อปล่อยให้ส่วนผสมเย็นตัวลงเป็นเวลานาน ทับทิมจะเกิดเป็นรูบี้ขนาดใหญ่ขึ้น หากส่วนผสมเย็นลงเร็วเกินไป อาจทำให้ส่วนผสมอุดตันหรือป้องกันการก่อตัวของทับทิมได้ คริสตัลทับทิมถูกสร้างขึ้นด้วยรูปแบบการเติบโตตรงและมีรูปร่างเป็นหกเหลี่ยมและมีด้านเรียบ