Badanie własności optycznych kamieni szlachetnych pozwala nie tylko na dokładne zidentyfikowanie każdego kamienia, ale wyjaśnia również zjawiska świetlne i barwne, jakie w nich można zaobserwować.
Promień światła, padając na jakieś ciało przezroczyste, częściowo zostaje odbity, częściowo zaś przenika do wnętrza ciała, zmieniając równocześnie kierunek, czyli załamuje się.
Na przykład promień światła ab, padając na ciało przezroczysto (na rysunku zacieniowane), rozkłada się na powierzchni tego ciała gh na dwa promienie. Jeden z tych promieni ba’ zostaje odbity, a drugi bc, zmieniając swój kierunek wewnątrz ciała, ulega załamaniu. Kąt zawarty pomiędzy promieniem padającym a pionem kk nazywa się kątem padania; kąt zaś pomiędzy pionem a promieniem załamanym — kątem załamania. Jeżeli promień przechodzi z ciała optycznie rzadszego, a więc np. z powietrza, do ciała gęstszego, np. do szkła, kąt załamania jest zawsze mniejszy niż kąt padania. Gdy zaś światło przechodzi z ciała optycznie gęstszego do rzadszego, wtedy odwrotnie — kąt załamania jest większy niż kąt padania. Jeżeli z punktów a i c, powstałych z przecięcia promienia padającego i odbitego z dowolnym kołem, wykreśli się prostopadle do pionu kk’, to stosunek długości tych obu prostopadłych ae: cd daje zawsze tę samą wartość. Stosunek ten, charakterystyczny dla każdego ciała, nazywa się współczynnikiem załamania światła n względem powietrza.
Oznaczenie wielkości współczynnika załamania światła pozwala na dokładne zidentyfikowanie kamienia szlachetnego.
Współczynniki załamania światła kamieni szlachetnych
| diament | 2,42 | diopsyd, kuncyt | 1,67-1,70 |
| cyrkon | 1,91-1,97 | chryzolit | 1,66-1,70 |
| almandyn | 1,77-1,83 | hiddenit | 1,65-1,68 |
| grossular | 1,77-1,81 | turmalin | 1,62-1,64 |
| rubin i szafir | 1,76-1,77 | topaz | 1,62-1,63 |
| chryzoberyl | 1,75-1,76 | szmaragd | 1,57-1,58 |
| cyjanit | 1,75 | akwamaryn | 1,57-1,58 |
| spinel | 1,72 | kwarc | 1,56 |
| pirop | 1,72 | opal | 1,55-1,56 |
| wezuwian | 1,71-1,72 | labrador | 1,45 |
Pomiary współczynników załamania światła przeprowadza się za pomocą specjalnych przyrządów, tzw. refraktometrów.
Dla celów jubilerskich skonstruowano uproszczone i bardzo praktyczne różnego rodzaju refraktometry kieszonkowe, które umożliwiają szybki, a wystarczająco dokładny pomiar współczynnika załamania światła każdego kamienia szlachetnego.
Inna metoda oznaczania współczynników załamania światła polega na stosowaniu pewnych określonych cieczy o znanych współczynnikach załamania światła. Jeżeli np. kamień szlachetny zanurzy się w cieczy o takim samym współczynniku załamania, kontury jego zacierają się, a czasem zupełnie zanikają i kamień po prostu staje się niewidoczny. Promienie świetlne przechodzące z cieczy do ciała stałego o tej samej gęstości optycznej nie zmieniają bowiem swego kierunku.
Najczęściej stosuje się do tego celu ciecze o następującym współczynniku załamania n:
| paraldehyd | 1,41 | bromobenzen | 1,56 |
| chloroform | 1,44 | toluidyna | 1,57 |
| czterochlorek węgla | 1,46 | anilina | 1,585 |
| olejek terpentynowy | 1,47 | bromoform | 1,60 |
| rycyn us | 1,48 | metylochinolina | 1,61 |
| benzen | 1,50 | jodobenzen | 1,62 |
| jodek etylu | 1,51 | chloronaftalen | 1,63 |
| chlorobenzen | 1,52 | bromonaftalen | 1,66 |
| fluoronitrobenzen | 1,53 | jodonaftalen | 1,70 |
| nitrotoluen | 1,54 | dwujodometan | 1,74 |
| nitrobenzen | 1,55 | jodek barowo-rtęciowy | 1,78 |
Światło białe rozkłada się na różne barwy, a promienie różnobarwne wykazują pewne różnice w załamaniu, dlatego można mówić o współczynniku załamania światła tylko w odniesieniu do światła określonej barwy. Współczynniki te podawane są zazwyczaj w odniesieniu do jednobarwnego światła żółtego, które otrzymuje się przez zabarwienie płomienia solami sodu.
Najsilniej załamują się promienie światła czerwonego, najsłabiej zaś — fioletowego. Dokładne wartości współczynników załamania światła dla diamentu wynoszą: dla światła fioletowego — 2,464, dla zielonego — 2,426, dla żółtego — 2,419, dla czerwonego — 2,407. Ta różnica we współczynnikach załamania światła, czyli tzw. dyspersja, jest w diamencie bardzo duża; ona też jest przyczyną wspaniałej gry barw, wyróżniającej diament wśród innych kamieni szlachetnych.