綠松石玉的主要組成礦物為綠松石，另外常與埃洛石、高嶺石、石英、雲母、褐鐵礦、磷鋁石、磷鈣鋁礬、纖磷鈣鋁石等礦物共生。其中，高嶺石、石英、褐鐵礦等物質加入的比例將直接影響綠松石的品質。
綠松石的顏色可以從天藍色到深藍、淡藍、湖水藍、藍綠、蘋果綠、黃綠、淺黃、淺灰色等。其中藍色和深藍色為最好，但十分罕見，天藍或微帶綠的藍為常見的優質品，蘋果綠、黃綠色次之。
綠松石是一種含水的銅鋁磷酸鹽，化學式為CuAl6(PO4)4(OH)8·4p0。綠松石為自色礦物，Cu²＋、Fe³+和 Fe²+的綜合作用決定綠松石的顏色。Cu²+致綠松石的基本色調為藍色；Fe³+取代 Al³+導致綠松石的顏色為紅色與黃色；Fe²+導致綠松石的綠色調，同時也適當提高了綠松石顏色的濃度和亮度。故綠松石以藍色和綠色為基調，純的綠松石呈現藍色和天藍色。隨著鐵含量的增加，綠松石的顏色逐漸由藍、綠到土黃色。
綠松石是一種含水的礦物，水含量一般在15%~20%之間，其間水以結構水、結晶水及吸附水三種形式存在。隨著風化程度的加強，綠松石中的水含量逐漸降低。結構水、結晶水及吸附水的流失，將導致綠松石結構完善程度的降低，從而改變綠松石顏色的明度、濃度和色調。隨著Cu²+和水的逐漸流失，綠松石的顏色將由蔚藍色變成灰綠色以至灰白色。
綠松石屬三斜晶系，通常情況下為隱晶質集合體，單晶極少見。據資料顯示，目前，只有在美國的維吉尼亞州產出過單晶綠松石。
單晶綠松石 圖片來源於網路
綠松石通常呈致密塊狀、塊狀、皮殼狀等隱晶質集合體。原石大致可分為結核狀、浸染狀、細脈狀三種。集合體綠松石不透明，多呈蠟狀光澤、油脂光澤，質地好、拋光好的綠松石可達到玻璃光澤。一些質地差、呈灰白色調的綠松石具白堊狀外表，為土狀光澤。
綠松石集合體的折射率在1.610~1.650之間，點測法通常為1.61。綠松石的折射率與其品質有著密切的關系。不同質地、不同顏色的綠松石折射率稍有差異。質地好、顏色鮮艷的天藍色綠松石折射率較低，為1.623~1.630；綠色或略帶黃色色調的綠松石折射率較高，為1.641~1.670，這是由於鐵含量增高所致；質地差、灰白色綠松石折射率最低，為1.617~1.626，這與其結構被破壞有關。
綠松石屬於孔隙度發育的礦物，吸附能力強，與折射油長時間接觸會導致綠松石被測部份因吸附折射油而變色。因此，測折射率這一方法要謹慎使用。
綠松石的密度為2.76(+0.14，-0.36)g/cm³。高品質的綠松石，密度應在2.8~2.9g/cm³之間。多孔隙的綠松石密度可降到 2.40g/cm³。
綠松石硬度為5~6，在地表由於風化作用和銅的流失,硬度變小。高品質綠松石硬度高,大於5,俗稱「瓷松」，以艷麗、純正、勻凈之天藍色為上品；硬度在4.5~5之綠松石次之，市場上稱之為「硬松」；硬度在 3~4.5 者稱「面松」，色淡不凈，系風化失水脫色引起，屬低檔品。
綠松石在結構、構造上常有一些典型特征。
1.綠松石在綠色、藍色的基底上常可見一些細小的、不規則的白色紋理和斑塊，它們是由高嶺石、石英等白色礦物聚集而成的。
2.綠松石中常有褐色、黑褐色的紋理和色斑，稱之為鐵線，它是由褐鐵礦和碳質等雜質聚集而成的。個別樣品中可以見到微小的藍色圓形斑點，這是由沈積作用形成的。
