Dans la peinture chinoise ancienne, comme les célèbres peintures murales de Dunhuang, les anciens utilisaient souvent des minéraux comme pigments, tels que l'hématite (rouge), le sulfure de mercure (rouge), la pyrite (jaune), la malachite (verte), le bleu de cuivre (bleu) et le graphite (noir), qui sont tous des pigments couramment utilisés. Lorsqu'un faisceau de lumière visible frappe la surface d'un minéral, une partie de la lumière est réfléchie et une partie est absorbée. Si le minéral est transparent et pas trop épais, une partie de la lumière peut le traverser. Lorsqu'un minéral absorbe tous les différents longueurs d'onde de la lumière visible, il apparaît noir. S'il absorbe uniformément les différentes longueurs d'onde de la lumière visible, il présente différents degrés de gris. Et s'il absorbe sélectivement certaines longueurs d'onde de la lumière visible, il présente la couleur complémentaire de la lumière absorbée, c'est-à-dire une couleur vive.
Pourquoi certains minéraux absorbent-ils sélectivement certaines longueurs d'onde de la lumière visible ? Il y a trois principaux mécanismes : Premièrement, certains minéraux contiennent une catégorie d'éléments appelés métaux de transition, tels que le fer, le manganèse, le titane, le vanadium, le chrome, le cuivre, le plomb, le zinc, le cobalt et le nickel. Les atomes de ces éléments peuvent absorber différentes longueurs d'onde de la lumière, ce qui donne aux minéraux différentes couleurs. Par exemple, la couleur rouge vive des rubis est due à la présence d'ions de chrome trivalents dans les cristaux, et la couleur verte vive des jadeites est également due à la présence d'ions de chrome trivalents. Bien que ce soient tous des ions de chrome trivalents, les couleurs qu'ils présentent sont différentes, car la structure du minéral a également une influence sur la coloration des ions. Une autre raison est que dans la structure cristalline du minéral, les électrons des ions voisins peuvent se transférer, ce qui entraîne une forte absorption de la lumière visible. Par exemple, dans la saphire, les électrons se transfèrent entre les ions de fer bivalents et les ions de titane, et absorbent sélectivement certaines longueurs d'onde de la lumière visible. De plus, certains minéraux présentent des défauts structurels dans leur cristallisation, et les espaces vides non occupés par des ions absorbent sélectivement certaines longueurs d'onde de la lumière visible. C'est la raison pour laquelle l'espatoïle présente souvent des couleurs vertes ou violettes.
En outre, selon la raison de la coloration du minéral, si la couleur est déterminée par la structure intrinsèque des composants du minéral, elle est appelée couleur intrinsèque ; si elle est causée par des impuretés ou des inclusions gazeuses/liquides, elle est appelée couleur extrinsèque ; et si elle est due à des effets optiques physiques, elle est appelée couleur artificielle.