El color de la amatista proviene de centros de color en el cuarzo. Estos se crean cuando se irradian trazas de hierro (de la radiación natural en las rocas).
El color púrpura en el vidrio de la ciudad fantasma proviene de pequeñas cantidades de manganeso en el vidrio cuando ha sido expuesto a la luz ultravioleta. El manganeso se utilizó como ingrediente clarificador en el vidrio desde 1860 hasta 1915. Antes de eso, se utilizaba el plomo y, posteriormente, el selenio.
El cuarzo suele contener trazas de hierro (entre 10 y 100 partes por millón de hierro). Parte de este hierro se encuentra en sitios normalmente ocupados por el silicio y otra parte es intersticial (en sitios donde normalmente no hay un átomo). El hierro se encuentra normalmente en el estado de valencia +3.
La radiación de rayos gamma (procedente de la desintegración nuclear en las rocas circundantes) puede eliminar un electrón de un sitio de la red de hierro y depositar el electrón en un hierro intersticial. Este hierro +4 absorbe ciertas longitudes de onda (357 y 545 nanómetros) de luz causando el color amatista. Es necesario tener un cuarzo que contenga las cantidades adecuadas de hierro y que sea sometido a suficiente radiación natural para que se formen los centros de color.
Se ha demostrado que el color de la amatista es el resultado de la sustitución por irradiación del hierro trivalente (Fe+3) por el silicio en la estructura, en presencia de oligoelementos de gran radio iónico, y, hasta cierto punto, el color de la amatista puede ser el resultado natural del desplazamiento de los elementos de transición, incluso si la concentración de hierro es baja.
La amatista se presenta en tonalidades primarias que van desde un violeta rosado claro hasta un púrpura intenso. La amatista puede presentar uno o ambos tonos secundarios, rojo y azul. Las mejores variedades de amatista se encuentran en Siberia, Sri Lanka, Brasil y el lejano Oriente. El grado ideal se denomina «siberiana profunda» y tiene un tono púrpura primario de alrededor del 75-80%, con un 15-20% de tonos azules y (dependiendo de la fuente de luz) rojos secundarios.