FORMULA

La formula chimica del berillo è Be₃Al₂Si₆O₁₈. La sua composizione chimica è:

Numerosi elementi chimici possono entrare nella struttura del berillo, modificandone in parte le sue proprietà fisiche. I sostituenti si differenziano in base al sito cristallografico considerato. Il Be nel tetraedro T" può essere sostituito da Li, B, mentre l'Al nel sito ottaedrico può essere sostitutito da Mg, Mn, Fe, Cr, Ti, V and Sc. La sostituzione di Al e Be da parte di ioni a minor valenza dà luogo, come detto nel paragrafo sulla struttura, ad una deficienza di carica elettrica. Ioni alcalini ed alcalini terrosi quali Na, K, Cs, Rb e Ca vengono richiamati all'interno del Berillo e posizionati nei canali per bilanciare la deficienza di carica insieme a molecole di H2O, CO2 e secondo alcuni autori anche ioni Fe e Li. Questo complesso comportamento cristallo-chimico induce variazioni fisiche ecomposizionali alcune delle quali di interesse gemmologico. Piccole quantità, a livello di tracce, presenti nella struttura possono provocare grandi modificazioni ad esempio del colore. L'ambiente di formazione più comune del berillo è quello pegmatitico.
La composizione chimica dello smeraldo è simile a quella del berillo, con l'aggiunta di alcuni elementi caratteristici quali il cromo e/o il vanadio ed il ferro responsabili della sua tipica colorazione verde.

Una analisi di uno smeraldo proveniente dalla miniera di Swat Valley, Pakistan è riportata di seguito:

La formula cristallochimica include la suddivisione dei cationi analizzati tra i rispettivi siti cristallografici.

Viene riportata anche a scopo didattico la tradizionale rappresentazione della formula chimica dello smeraldo secondo le modalità indicate per le formule chimiche classiche, in blù.

La composizione chimica di un minerale e nella fattispecie di uno smeraldo può essere ottenuta per mezzo di tecniche analitiche distruttive e non distruttive. Tra queste ultime la più diffusa è senz'altro la microanalisi elettronica (EMPA) che permette di determinare sia qualitativamente che quantitativamente gli elementi presenti in una data matrice. Essa è in grado di rivelare tutti gli elementi compresi tra il numero atomico Z = 9 e Z = 92, cioè tra il fluoro e l'uranio. Mediante l'uso di particolari cristalli analizzatori possono essere determinati anche gli elementi leggeri a partire dal Be. La precisione sulla determinazione degli elementi maggiori, è dell'ordine ± 0.01% e dello ± 0.05 % per gli elementi minori.

Le difficoltà nella determinazione degli elementi leggeri, Li, Be, B, C, N, e O, possono essere superate mediante l'uso del SIMS (Spettrometria di massa ad ioni secondari). Tale tecnica analitica infatti è in grado di determinare oltre agli elementi leggeri anche minori e tracce in concentrazioni ben al di sotto dei limiti di sensibilità EMPA.