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Una gema o piedra preciosa es un mineral que al cortado o pulido se puede usar en la confección de joyas. Una gema es evaluada principalmente por su belleza y perfección. De hecho, la apariencia es lo más importante. En el caso de los diamantes tallados, por ejemplo, su valor dependerá de las llamadas «cuatro C’s», por sus siglas en inglés: carat (quilate), cut (talla), colour, (color) y clarity (transparencia). Hoy en día, las gemas son descritas y diferenciadas por los especialistas por ciertas especificaciones técnicas. Entre ellas, de qué están hechas, es decir, su composición química. Tradicionalmente, las gemas eran divididas en dos grandes grupos: las piedras preciosas y las piedras semipreciosas, sin más. Se consideraban preciosas las cuatro principales gemas: diamante, rubí, zafiro y esmeralda.

El diamante (del griego antiguo adámas, que significa invencible o inalterable) es un alótropo del carbono donde los átomos de carbono están dispuestos en una variante de la estructura cristalina cúbica centrada en las caras denominada red de diamante. El diamante tiene renombre específicamente como un material con características físicas superlativas, muchas de las cuales derivan de los fuertes enlaces covalentes entre sus átomos. Por su elevada dureza, la principal aplicación industrial del diamante es en herramientas de corte y de pulido. El diamante también tiene una dispersión refractiva relativamente alta, esto es, habilidad para dispersar luz de diferentes colores, lo que resulta en su lustre característico. Sus propiedades ópticas y mecánicas excelentes, hacen que el diamante sea la gema más popular.

La esmeralda es una variedad verde del berilo, que es un mineral ciclosilicato de berilio y aluminio, Be₃Al₂(SiO₃)₆, que contiene además pequeñas cantidades de cromo y, en algunos casos, vanadio, que le proporcionan su característico color verde. Es una piedra preciosa muy valorada y apreciada desde la antigüedad. Su nombre, posiblemente persa, significa piedra verde y su tonalidad ha dado nombre al color verde esmeralda.

Rubí y zafiro derivan del corindón, que es el óxido de aluminio, Al₂O₃. El color rojizo del rubí se debe a las impurezas de cromo y hierro del corindón. Su nombre viene de ruber, que significa rojo en latín. El zafiro (del hebreo sapir, que significa pulcro) es la variedad transparente y azul del corindón con pequeñas cantidades de impurezas como cromo y titanio. Aunque muchas veces se aplica el término zafiro para todos los colores excepto el rojo, el zafiro auténtico es azul intenso.