蓝宝石的化学成分（Al₂O₃），主要以Fe、Ti、致色。刚玉中因含有铁（Fe）和钛（Ti）等微量元素，而呈现蓝、天蓝、淡蓝等颜色，其中以为浓而不黑的皇家蓝色和矢车菊色最好。在弧面型切磨，内部富含与底面平行并定向排列的三组包体时，可以产生美丽的六射星光时，被称为"星光蓝宝石"。
蓝宝石的成分为氧化铝，因含微量元素钛（Ti4+）或铁（Fe2+）而呈蓝色。属三方晶系，晶体形态常呈筒状、短柱状、板状等，几何体多为粒状或致密块状。透明至半透明，玻璃光泽。折光率1.76-1.77，双折射率0.008，二色性强。非均质体。有时具有特殊的光学效应-星光效应。硬度为9，密度3.95-4.1克/立方厘米。无解理，裂理发育。
工业用蓝宝石是军用车辆用作透明装甲的材料，除钻石以外，蓝宝石的硬度强于其他任何天然材料。
蓝宝石属于三方晶系，具有六方结构，
晶格常数为：a=b=4.758A, c=12.991A
折射率1.762-1.770
双折射：0.008~0.010
一轴晶负光性，个别情况下具有异常的二轴晶光性
光泽：亮玻璃光泽至亚金刚光泽