Il s’agit d’un silicate de zirconium. Sa formule chimique est ZrSiO4. Il cristallise dans le système tétragonal.
Certains éléments radioactifs tels l’uranium et le thorium sont présent à l’état de trace dans sa composition chimique. Cette présence provoque la dégradation de la structure cristalline du zircon au cours du temps. Voilà pourquoi on différencie les zircons « dégradés » par la radioactivité, dits « métamictes », et les zircons non encore dégradés, dits zircon hauts ou « moyens ». Les types hauts possèdent des caractéristiques physiques et optiques plus marquées que les types métamictes
Le type haut possède une dureté de 7 à 7.5 sur l’échelle de Mohs ; c’est donc une pierre suffisamment dure pour être utilisée en bijouterie. Toutefois, il peut souvent s’user en surface, voilà pourquoi les arrêtes des facettes sont parfois émoussées.
Cette gemme possède un indice de réfraction particulièrement élevée : de ce fait, comme le diamant, elle possède un éclat adamantin, et une brillance et un feu très importants.
Sa biréfringence est également très forte. De part cette propriété optique, un œil attentif peut voir doubler les arrêtes des facettes lorsque l’on regarde à l’intérieur de la pierre, comme si l’observateur louchait.
Les zircons métamictes ont perdu toute trace de radioactivité. Ce n’est pas le cas des types hauts, qui possèdent un certain degré d’activité radioactive. Cela n’a absolument aucune incidence sur la santé car la dose est infinitésimale, mais cette propriété est exploitée : le zircon est un des minéraux les plus utilisés en datation isotopique. On peut ainsi dater précisément les roches dans lesquelles les zircons sont retrouvés, par exemple.
Enfin, une propriété amusante des types métamictes est de revenir à l’état de type haut après traitement thermique : le chauffage restaure les propriétés cristallines originelles de la gemme !