По класифікації мінералів-силікатів, топаз відноситься до острівних силікатів; його кристалічна структура складається з ізольованих кремнекислородних тетраедрів, між якими розташовуються іони алюмінію в октаедрічеськом оточенні. Аніонне оточення алюмінію складається з кисню, фтору і гидроксила.
Між іонами F- і OH- спостерігається ізовалентний ізоморфізм, а їх відносні кількості в різних кристалах можуть сильно мінятися. Ця різниця у відносному змісті іонів є однією з причин утворення різноколірних топазів.
Процес утворення мінералів в геологічному середовищі тривалий за часом. Зростання і розчинення кристалів неодноразово змінювали один одного. Складна багатостадійна історія кожного природного кристала привели до освіти усередині грат різноманітних по своїй будові "дефектів", тобто відхилень кристалічної структури від ідеальної. Спробуємо уявити, що під час зростання кристала топазу деякі позиції структури, де повинні знаходитися аніони фтору і гидроксила, виявилися порожніми. Такі незайняті позиції прийнято називати вакансіями. Якщо на місце подібної вакансії помістити вільний електрон, то вийде простий "дефект" або F-центр.
Якщо тепер спробувати за допомогою температури впливати на кристал топазу, то F-центри почнуть поступово перерозподілятися усередині кристала. Як тільки два вільні електрони захопляться двома сусідніми порожніми позиціями структури на місці фтору або гидроксила, то відбувається утворення нового, складнішого дефекту R-центру.
.
Природні кристали топазів, в яких утворилося багато подібних R-центрів, завжди матимуть красивий, чистий, блакитний колір. Проте далеко не всі кристали природного топазу, що здобуваються, мають насичений колір. Колір може бути блідим, або ж зовсім може бути знайдений прозорий безбарвний кристал або його уламок. З незапам'ятних часів відомо і те, що навіть в одній пегматітової або грейзенової жилі можуть зустрічатися кристали, що розрізняються по інтенсивності забарвлення. Можливо, цей факт наштовхнув на припущення, що існує спосіб, за допомогою якого вдасться підсилити інтенсивність блакитного кольору у неяскравих натуральних топазів.