Кремень представляет собой тонкокристаллическую смесь минералов -- главным образом, кварца, но со значительными примесями тридимита и кристобалита (являющихся продуктами низкотемпературной неравновесной кристаллизации аморфного кремнезема), глинистых и других минералов и продуктов их преобразования, обычно содержащую значительное количество аморфного кремнезема (опала). Кремни часто содержат и органическую (битуминозную) составляющую, а также углерод, придающие ему темную, вплоть до черной, окраску. Нередко кремни содержат окаменелости. Кварц представлен в кремне спутанноволокнистыми агрегатами нанометрового диапазона размеров, подобными тем, которыми сложен халцедон, и вместе с другими минералами образует очень прочный и вязкий природный нанокомпозит.
Кварц является одной из модификаций кремнезема (строго говоря, кварцев два -- низкотемпературный и высокотемпературный, но с последним мы сталкиваемся только в виде бывших кристаллов высокотемпературного кварца, превратившихся в сдвойникованные, нередко непрозрачные кристаллы низкотемпературного, а то и с поликристаллическими агрегатами, имеющими внешнюю форму кристаллов высокотемпературного кварца), наиболее устойчивой в природе. Кварц находят в виде кристаллических зерен во всех горных породах кислого состава, в пегматитовых жилах, где образует великолепные, огромных размеров, монокристаллы, в виде поликристаллических агрегатов различной дисперсности, а также в виде халцедона -- очень тонкодисперсной спутанноволокнистой разновидности, в которой отдельные кристаллы невозможно различить в световой микроскоп. Часто кварц образует жеоды -- полости, выполненные (начиная с наружных слоев) агатом (полосчатой разновидностью халцедона), затем столбчатым поликристаллическим агрегатом кварца и наконец, крупными, хорошо образованными кристаллами кварца. Внутренний слой жеоды представляет собой друзу или "щетку" кварца, либо кристаллы упираются один в другой, почти не образуя полость. Иногда вместе с кварцем внутри жеоды кристаллизуются и другие минералы.
Кварц имеет разновидности различного цвета -- аметист красно-фиолетового цвета, дымчатый кварц (часто называемый отвратительным, неправильным торговым названием "раухтопаз") и его очень темная разновидность -- морион, редко встречающиеся желтая (цитрин) и зеленая разновидности, цвета которых обусловлены примесями и радиационными дефектами. Термообработка цветного кварца приводит к ослаблению окраски (дымчатый кварц и морион) или превращению его в цитрин (аметист), что обусловлено отжигом радиационных дефектов. Чистый, без примесей кварц совершенно бесцветен -- так называемый горный хрусталь.
