El cuarzo es óxido de silicio, llamado comúnmente sílice "Óxido de silicio (IV)"). Su fórmula química es SiO. Dependiendo del criterio que se considere, químico o estructural, ocupa diferentes lugares en las clasificaciones. En la clasificación de Strunz y en la de Hey se atiende al aspecto químico y se lo considera un óxido. En la clasificación de Dana se atiende a su estructura y se lo considera un tectosilicato.[14]​ Puede contener como impurezas diversos elementos, especialmente aluminio, litio, sodio, potasio, hierro o titanio.[3]​ Su fractura es concoidea y no tiene exfoliación "Exfoliación (mineralogía)").[15]​ Tiene una dureza de grado 7 en la escala de Mohs, de manera que puede rayar el vidrio y los aceros comunes.[16]​[17]​.

Existen dos formas de cuarzo según su estructura: cuarzo-α y cuarzo-β.[16]​ El cuarzo-α o bajo cuarzo tiene estructura trigonal y puede existir hasta una temperatura de 573 °C.[16]​ Por encima de ella se transforma en cuarzo-β o alto cuarzo que es de estructura hexagonal.[16]​[18]​ A temperaturas sobre 867 °C, el cuarzo-β se transforma lentamente en tridimita, otro mineral de sílice.[3]​El cuarzo-β solamente puede formarse a temperaturas superiores a 573 °C, por lo que aparece solamente en materiales de origen magmático, no hidrotermales. Su estructura cristalina es inestable, y al contrario que en el caso de la tridimita y de la cristobalita, no puede mantenerse al enfriarse, por lo que todos los ejemplares visibles en yacimientos naturales son realmente pseudomorfosis formadas por cuarzo-α. Morfológicamente se diferencian porque los cristales de cuarzo-β tienen el prisma muy corto o inexistente, y las terminaciones son realmente pirámides, no combinación de dos romboedros . [19]​.

El cuarzo posee propiedades piezoeléctricas, cuando se le aplica presión o tensión,[3]​ además de propiedades piroeléctricas.[15]​.

El cuarzo puro, tradicionalmente llamado cristal de roca o cuarzo claro, es incoloro y transparente o translúcido y se ha utilizado a menudo para talla en piedra dura, como el Cristal de Lotario. Entre las variedades de color más comunes se encuentran el citrino, el cuarzo rosa, la amatista, el cuarzo ahumado, el cuarzo lechoso y otros.[20]​ Estas diferenciaciones de color surgen de la presencia de impurezas que cambian los orbitales moleculares, provocando que algunas transiciones electrónicas tengan lugar en el espectro visible causando colores.

La distinción más importante entre tipos de cuarzo es la de macrocristalino (cristales individuales visibles a simple vista) y las variedades microcristalino o criptocristalino (agregados "Agregado (geología)") de cristales visibles sólo con gran aumento). Las variedades criptocristalinas son translúcidas o mayoritariamente opacas, mientras que las variedades transparentes tienden a ser macrocristalinas. La calcedonia es una forma criptocristalina de sílice formada por finos intercrecimientos tanto de cuarzo como de su monoclínico polimorfo moganita.[21]​ Otras variedades de gemas opacas de cuarzo, o rocas mixtas que incluyen cuarzo, que a menudo incluyen bandas o patrones de color contrastados, son ágata "Ágata (mineral)"), cornalina o sardónica, ónice, heliotropo "Heliotropo (mineral)"), y jaspe.[6]​.

Es el mineral más común de la corteza terrestre.[15]​ Está presente en una gran cantidad de rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias.[3]​ Suele aparecer en vetas "Filón (geología)") epitermales").[22]​ En algunas vetas ocurre junto a calcita y minerales de mena "Mena (minería)").[23]​ Es el mineral típico y mayoritario de algunas rocas magmáticas, como el granito, las dioritas y la andesita, de rocas filonianas como las pegmatitas, y debido a su dureza y resistencia a la meteorización se encuentra en las rocas sedimentarias que proceden de aquellas, como la arenisca,[3]​ y en rocas metamórficas como la cuarcita.[22]​ La arena de playa puede llegar a estar compuesta de más de un 95 % de cuarzo, y el granito tiene de 20 % a 60 % de cuarzo.[16]​ En las rocas sedimentarias el cuarzo puede solubilizarse y recristalizar de nuevo, cementando dichas rocas. A ese cuarzo removilizado se le llama cuarzo secundario.[3]​.

También es común en depósitos metalíferos hidrotermales y en rocas carbonatadas.[22]​ El cuarzo no puede estar en equilibrio químico con olivino en un magma ya que el cuarzo o su constituyente (el dióxido de silicio) reacciona con el olivino formando enstatita.[24]​ Dicha situación se expresa en la siguiente reacción química:[24]​.

No todas las variedades de cuarzo son naturales. Algunos cristales de cuarzo transparente pueden tratarse mediante calor o irradiación gamma") para inducir el color donde no se habría producido de forma natural. La susceptibilidad a tales tratamientos depende del lugar de donde se extrajo el cuarzo y de la presencia de elementos en forma de trazas.[25]​.

La prasiolita, un material de color oliva, se produce mediante tratamiento térmico, [26]​ aunque también se ha observado prasiolita natural en la Baja Silesia en Polonia.[27]​ Aunque el citrino se da de forma natural, la mayoría es el resultado del tratamiento térmico de la amatista o del cuarzo ahumado.[26]​ La cornalina ha sido tratada térmicamente para profundizar su color desde tiempos prehistóricos, y muchas ágatas se colorean artificialmente.[28]​.

Debido a que el cuarzo natural es a menudo maclado, el cuarzo sintético se produce para su uso en la industria. Los cristales individuales, grandes y sin defectos, se sintetizan en un autoclave mediante un proceso hidrotermal").[29]​[6]​[30]​Al igual que otros cristales, el cuarzo puede ser recubierto con vapores metálicos") para darle un brillo atractivo.[31]​[32]​.

Existen muchas variedades de cuarzo, varias de las cuales se utilizan como gemas, generalmente de valor relativamente bajo. Las variedades macrocristalinas se clasifican por el color, y las más abundantes y utilizadas tienen nombres propios:[33]​.

También existen variedades de otros colores, marrón, negro, azul, verde, etc, por la presencia de inclusiones de otros minerales.

El cuarzo criptocristalino y microcristalino también recibe diversos nombres, dependiendo de su color.

Existen también materiales silíceos en los que suele predominar el cuarzo, pero que por su heterogeneidad se podrían considerar como rocas:[34]​.

El cuarzo destaca por su resistencia a la meteorización y cuando sí se meteoriza no forma minerales nuevos.[3]​

[35]​ Su meteorización ocurre mediante disolución la cual se concentra en fracturas y en sitios de dislocación "Dislocación (defecto cristalino)") del cristal.[35]​ La disolución deja hoyos de ataque químico con forma triangular con orientación cristalográfica.[35]​ En una roca los granos de cuarzo residual que van quedando a medida que progresa la meteorización son en general menores a los granos o cristales iniciales.[35]​ Hay investigaciones que reportan incrementos en la angularidad del cuarzo producto de la meteorización, aunque también hay investigaciones que indican lo contrario.[35]​.

El cuarzo pertenece al sistema cristalino trigonal a temperatura ambiente, y al sistema cristalino hexagonal por encima de 573 grados Celsius (846,2 K; 1063,4 °F). La forma cristalina ideal es un prisma "Prisma (geometría)") de seis caras que termina en pirámide de seis caras en cada extremo. En la naturaleza los cristales de cuarzo son a menudo gemelos") (con cristales de cuarzo maclados diestros y zurdos), distorsionados, o tan entrecrecidos con cristales adyacentes de cuarzo u otros minerales que sólo muestran parte de esta forma, o carecen totalmente de caras cristalinas obvias y parecen masivos.[6]​[7]​ Los cristales bien formados se suelen formar como una drusa "Drusa (mineralogía)") (una capa de cristales que recubre un vacío), de la que las geodas de cuarzo son ejemplos particularmente finos.[8]​ Los cristales están unidos por un extremo a la roca que los rodea, y sólo hay una pirámide de terminación. Sin embargo, los cristales biterminados se producen donde se desarrollan libremente sin sujeción, por ejemplo, dentro de yeso.[9]​.

El α-cuarzo cristaliza en el sistema cristalino trigonal, grupo espacial P321 o P321 (grupo espacial 152 o 154 resp.) dependiendo de la quiralidad. Por encima de 573 grados Celsius (846,2 K; 1063,4 °F), el cuarzo α en P321 se convierte en el hexagonal más simétrico P622 (grupo espacial 181), y el cuarzo α en P321 pasa al grupo espacial P622 (no. 180).[10]​ Estos grupos espaciales son realmente quirales (cada uno pertenece a los 11 pares enantiomorfos). Tanto el cuarzo α como el cuarzo β son ejemplos de estructuras cristalinas quirales compuestas por bloques de construcción quirales (tetraedros de SiO en este caso). La transformación entre α- y β-cuarzo sólo implica una rotación comparativamente menor de los tetraedros entre sí, sin un cambio en la forma en que están unidos.[6]​[11]​ Sin embargo, hay un cambio significativo en el volumen durante esta transición, y esto puede provocar una microfractura significativa en la cerámica[12]​ y en rocas de la corteza terrestre.[13]​.

El cuarzo es óxido de silicio, llamado comúnmente sílice "Óxido de silicio (IV)"). Su fórmula química es SiO. Dependiendo del criterio que se considere, químico o estructural, ocupa diferentes lugares en las clasificaciones. En la clasificación de Strunz y en la de Hey se atiende al aspecto químico y se lo considera un óxido. En la clasificación de Dana se atiende a su estructura y se lo considera un tectosilicato.[14]​ Puede contener como impurezas diversos elementos, especialmente aluminio, litio, sodio, potasio, hierro o titanio.[3]​ Su fractura es concoidea y no tiene exfoliación "Exfoliación (mineralogía)").[15]​ Tiene una dureza de grado 7 en la escala de Mohs, de manera que puede rayar el vidrio y los aceros comunes.[16]​[17]​.

Existen dos formas de cuarzo según su estructura: cuarzo-α y cuarzo-β.[16]​ El cuarzo-α o bajo cuarzo tiene estructura trigonal y puede existir hasta una temperatura de 573 °C.[16]​ Por encima de ella se transforma en cuarzo-β o alto cuarzo que es de estructura hexagonal.[16]​[18]​ A temperaturas sobre 867 °C, el cuarzo-β se transforma lentamente en tridimita, otro mineral de sílice.[3]​El cuarzo-β solamente puede formarse a temperaturas superiores a 573 °C, por lo que aparece solamente en materiales de origen magmático, no hidrotermales. Su estructura cristalina es inestable, y al contrario que en el caso de la tridimita y de la cristobalita, no puede mantenerse al enfriarse, por lo que todos los ejemplares visibles en yacimientos naturales son realmente pseudomorfosis formadas por cuarzo-α. Morfológicamente se diferencian porque los cristales de cuarzo-β tienen el prisma muy corto o inexistente, y las terminaciones son realmente pirámides, no combinación de dos romboedros . [19]​.

El cuarzo posee propiedades piezoeléctricas, cuando se le aplica presión o tensión,[3]​ además de propiedades piroeléctricas.[15]​.

El cuarzo puro, tradicionalmente llamado cristal de roca o cuarzo claro, es incoloro y transparente o translúcido y se ha utilizado a menudo para talla en piedra dura, como el Cristal de Lotario. Entre las variedades de color más comunes se encuentran el citrino, el cuarzo rosa, la amatista, el cuarzo ahumado, el cuarzo lechoso y otros.[20]​ Estas diferenciaciones de color surgen de la presencia de impurezas que cambian los orbitales moleculares, provocando que algunas transiciones electrónicas tengan lugar en el espectro visible causando colores.

La distinción más importante entre tipos de cuarzo es la de macrocristalino (cristales individuales visibles a simple vista) y las variedades microcristalino o criptocristalino (agregados "Agregado (geología)") de cristales visibles sólo con gran aumento). Las variedades criptocristalinas son translúcidas o mayoritariamente opacas, mientras que las variedades transparentes tienden a ser macrocristalinas. La calcedonia es una forma criptocristalina de sílice formada por finos intercrecimientos tanto de cuarzo como de su monoclínico polimorfo moganita.[21]​ Otras variedades de gemas opacas de cuarzo, o rocas mixtas que incluyen cuarzo, que a menudo incluyen bandas o patrones de color contrastados, son ágata "Ágata (mineral)"), cornalina o sardónica, ónice, heliotropo "Heliotropo (mineral)"), y jaspe.[6]​.

Es el mineral más común de la corteza terrestre.[15]​ Está presente en una gran cantidad de rocas ígneas, metamórficas y sedimentarias.[3]​ Suele aparecer en vetas "Filón (geología)") epitermales").[22]​ En algunas vetas ocurre junto a calcita y minerales de mena "Mena (minería)").[23]​ Es el mineral típico y mayoritario de algunas rocas magmáticas, como el granito, las dioritas y la andesita, de rocas filonianas como las pegmatitas, y debido a su dureza y resistencia a la meteorización se encuentra en las rocas sedimentarias que proceden de aquellas, como la arenisca,[3]​ y en rocas metamórficas como la cuarcita.[22]​ La arena de playa puede llegar a estar compuesta de más de un 95 % de cuarzo, y el granito tiene de 20 % a 60 % de cuarzo.[16]​ En las rocas sedimentarias el cuarzo puede solubilizarse y recristalizar de nuevo, cementando dichas rocas. A ese cuarzo removilizado se le llama cuarzo secundario.[3]​.

También es común en depósitos metalíferos hidrotermales y en rocas carbonatadas.[22]​ El cuarzo no puede estar en equilibrio químico con olivino en un magma ya que el cuarzo o su constituyente (el dióxido de silicio) reacciona con el olivino formando enstatita.[24]​ Dicha situación se expresa en la siguiente reacción química:[24]​.

No todas las variedades de cuarzo son naturales. Algunos cristales de cuarzo transparente pueden tratarse mediante calor o irradiación gamma") para inducir el color donde no se habría producido de forma natural. La susceptibilidad a tales tratamientos depende del lugar de donde se extrajo el cuarzo y de la presencia de elementos en forma de trazas.[25]​.

La prasiolita, un material de color oliva, se produce mediante tratamiento térmico, [26]​ aunque también se ha observado prasiolita natural en la Baja Silesia en Polonia.[27]​ Aunque el citrino se da de forma natural, la mayoría es el resultado del tratamiento térmico de la amatista o del cuarzo ahumado.[26]​ La cornalina ha sido tratada térmicamente para profundizar su color desde tiempos prehistóricos, y muchas ágatas se colorean artificialmente.[28]​.

Debido a que el cuarzo natural es a menudo maclado, el cuarzo sintético se produce para su uso en la industria. Los cristales individuales, grandes y sin defectos, se sintetizan en un autoclave mediante un proceso hidrotermal").[29]​[6]​[30]​Al igual que otros cristales, el cuarzo puede ser recubierto con vapores metálicos") para darle un brillo atractivo.[31]​[32]​.

Existen muchas variedades de cuarzo, varias de las cuales se utilizan como gemas, generalmente de valor relativamente bajo. Las variedades macrocristalinas se clasifican por el color, y las más abundantes y utilizadas tienen nombres propios:[33]​.

También existen variedades de otros colores, marrón, negro, azul, verde, etc, por la presencia de inclusiones de otros minerales.

El cuarzo criptocristalino y microcristalino también recibe diversos nombres, dependiendo de su color.

Existen también materiales silíceos en los que suele predominar el cuarzo, pero que por su heterogeneidad se podrían considerar como rocas:[34]​.

El cuarzo destaca por su resistencia a la meteorización y cuando sí se meteoriza no forma minerales nuevos.[3]​

[35]​ Su meteorización ocurre mediante disolución la cual se concentra en fracturas y en sitios de dislocación "Dislocación (defecto cristalino)") del cristal.[35]​ La disolución deja hoyos de ataque químico con forma triangular con orientación cristalográfica.[35]​ En una roca los granos de cuarzo residual que van quedando a medida que progresa la meteorización son en general menores a los granos o cristales iniciales.[35]​ Hay investigaciones que reportan incrementos en la angularidad del cuarzo producto de la meteorización, aunque también hay investigaciones que indican lo contrario.[35]​.