่

          นักวิทยาศาสตร์หลายท่านได้ให้ความหมายของคำว่า “แร่” ตัวอย่างเช่น

          Brush and Penfield, 1898 กล่าวว่า แร่ คือ สารประกอบทางเคมีที่จะชักนำให้เกิดสารประกอบอนินทรีย์ในธรรมชาติ และมีสูตรโครงสร้างที่แน่นอน หรือ คือ กระบวนการตกผลึกและมีคุณสมบัติทางฟิสิกส์ที่แน่นอน
          

          Dana and Ford, 1932 กล่าวว่า แร่ คือ ผลผลิตจากกระบวนการทางอนินทรีย์ มีรูปร่างที่แน่นอน ถ้ามีสภาวะที่เหมาะสมกับลักษณะของโครงสร้างอะตอมก็จะแสดงออกในรูปผลึก

          Mason, et al, 1968 กล่าวว่า แร่ เกิดจากการรวมตัวกันของของแข็งชนิดเดียวกัน ในรูปสารประกอบอนินทรีย์ ซึ่งมีโครงสร้างทางเคมี ที่มีการจัดเรียงตัวของอะตอมที่แน่นอน

          O’ Donoghue, 1990 กล่าวว่า แร่ เกิดจากสารประกอบอนินทรีย์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติโดยกระบวนการทางเคมีและฟิสิกส์

          Nickel, E.H., 1995 กล่าวว่า แร่ คือ ธาตุ หรือ สารประกอบเคมีที่เป็นรูปผลึก และเกิดจากกระบวนการทางธรณีวิทยา

          แร่ในความหมายทางวิชาการจึงต้องมีสมบัติดังนี้คือ เกิดขึ้นเองในธรรมชาติ เป็นสารอนินทรีย์ เป็นของแข็ง มีโครงสร้างภายในที่เป็นระเบียบ กล่าวคือ อะตอมถูกจัดเป็นระเบียบที่แน่นอน และมีส่วนประกอบทางเคมีที่แน่นอน โดยอาจแปรผันได้ในวงจำกัด จึงสามารถเขียนเป็นสูตรโครงสร้างทางเคมีได้

          ธาตุ อะตอม และ ไอออน

          ธาตุหมายถึง สารเนื้อเดียวล้วน ประกอบด้วยอะตอมซึ่งเป็นหน่วยเล็กที่สุดของธาตุที่ไม่สามารถทำให้แตกสลายเป็นหน่วยย่อยด้วยวิธีทางเคมีธรรมดา ธาตุที่นักวิทยาศาตร์รู้จักมีมากถึง112 ธาตุ ซึ่งเป็นธาตุที่เกิดขึ้นเองในธรรมชาติบนโลก 92 ชนิด ในจำนวนนี้ธาตุที่พบมากที่สุด 8 ธาตุ ได้แก่ O, Si, Al, Fe, La, Mg, K และ Na ซึ่งมีปริมาณรวมกันมากกว่า 98% ของธาตุทั้งหมดบนเปลือกโลก

          อะตอมซึ่งเป็นหน่วยพึ้นฐานของธาตุประกอบด้วย นิวเคลียสขนาดเล็กเนื้อแน่นประจุบวกอยู่ตรงกลาง โดยมีอีเล็คตรอนที่มีประจุลบอยู่รอบนอก ในนิวเคลียสประกอบด้วยโปรตอนที่มีประจุบวกและนิวตรอนที่เป็นกลางตามทฤษฎี อะตอมที่เป็นกลางมีจำนวนโปรตรอนในนิวเคลียสเท่ากับจำนวนอีเล็คตรอนที่อยู่โดยรอบ อย่างไรก็ตามในธรรมชาติอะตอมของธาตุต่างๆ มักมีการสูญเสียอีเล็คตรอนหรือการเพิ่มประจุ อะตอมที่มีประจุบวกหรือบบเรียกรวมๆ ว่าไอออน อะตอมที่มักคายอีเล็คตรอน ทำให้อะตอมกลายเป็นประจุบวกเรียก cations เช่น Na คาย 1 อีเล็คตรอนเพื่อเป็น cation ที่มีประจุ +1 ส่วนอะตอมที่มักรับอีเล็คตรอนทำให้อะตอมกลายเป็นประจุลบเรียก anions เช่น อะตอมของ O รับอิเล็คตรอนเพิ่ม 2 ทำให้มีประจุ -2

          โดยปกติอะตอมและไอออนจะไม่แยกตัวอยู่โดดๆ แต่จะจับตัวกับอะตอมหรือไอออนอื่น ทำให้เกิดสารประกอบหรือเกิดแร่ที่มีความเสถียร การเกาะยึดกันของอะตอม และไอออนด้วยแรงไฟฟ้าข้างต้นเรียก "chemical bonds" ซึ่งมีลักษณะการยึดติดกันเป็น 4 แบบ คือ ionic bonds, covalent bonds, metallic bonds และ Vander Waals forces สมบัติทางกายภาพของแร่หลายประการ  เช่น  สี  ความแข็ง  ความหนาแน่น  การเป็นตัวนำไฟฟ้า  ต่างขึ้นอยู่กับประเภทของ bonds

          "ionic bonds" เป็นการยึดติดกันของ ions ที่มีประจุต่างกัน เช่น แร่เกลือแกง Na⁺ Cl^-

          "covalent bonds" เป็นการยึดติดกันของธาตุที่อยู่ใกล้กันใช้อิเล็คตรอนร่วมกัน เช่น แร่เพชร โดย C แต่ละตัวใช้อีเล็คตรอนร่วมกัน 4 อีเล็คตรอน ยึดติดกันในทุกทิศทาง ทำให้เพชรมีความแข็งมาก

          "metallic bonds" อีเล็คตรอนของธาตุโลหะจะอยู่กันหลวมๆ และไม่เกาะติดกับอะตอมใดโดยเฉพาะทำให้อะตอมของโลหะจึงถูกจับกันแน่นมากทำให้โลหะมีความหนาแน่นมาก เนื่องจากอีเล็คตรอนของธาตุโลหะมีอิสระในการเคลื่อนย้ายสูงทำให้โลหะมีเป็นตัวนำไฟฟ้าและความร้อนที่ดีมาก

          "van der waals forces" อะตอมที่ยึดติดกันด้วยแรงไฟฟ้าอ่อนๆ ที่เกิดจากการกระจายตัวของอิเล็คตรอนที่ไม่สม่ำเสมอในอะตอมหนึ่งๆทำให้บางส่วนของอะตอมมีประจุลบมาก หรือน้อยกว่าปกติ

          ส่วนประกอบของแร่ และโครงสร้างของผลึกแร่สามารถวิเคราะห์ได้ในห้องปฎิบัติการด้วยเครื่องมือเฉพาะ หากแร่มีผลึกใหญ่และรูปผลึกสมบูรณ์ อาจสะท้อนให้เห็นโครงสร้างการจัดตัวของอะตอมภายในของแร่นั้นได้ เพราะรูปทรงผลึกจะถูกกำหนดและเกี่ยวข้องโดยตรงกับการจัดวางตัวของโครงสร้างภายใน อย่างไรก็ตามแร่ในธรรมชาติส่วนใหญ่มักไม่มีรูปผลึกใหญ่ที่สามารถตรวจสอบได้ด้วยตาเปล่า ยิ่งกว่านั้นแร่ที่มีรูปทรงคล้ายกันอาจมีหลายชนิด การตรวจสอบแร่เพื่อรู้ถึงส่วนประกอบทางเคมีจึงต้องอาศัยสมบัติทางกายภาพอื่นๆ สนับสนุน ในกรณีที่ต้องการทราบเบื้องต้นและไม่มีเครื่องมือวิทยาศาสตร์ให้ใช้อย่างสะดวก

สมบัติทางกายภาพที่ใช้จำแนกแร่

          สีผง (streak) สีผงของแร่ที่ได้จากการขูด หรือ บดเป็นผงอาจจะแตกต่างจากสีที่เป็นจริงของแร่ และแร่จะมีสีผงละเอียดที่แน่นอน เช่น แคลไซต์ ในแร่ชนิดเดียวกันจะมีความแตกต่างกันทั้งทาง สี และรูปร่าง แต่แคลไซต์ทุกตัวจะมีสีผงละเอียดเป็นสีขาวเหมือนกัน การดูจากสีผงละเอียดจะทำให้สามารถแยกแร่ที่มีสีเหมือนกันแต่แตกต่างกันในสีของผงละเอียด    ตัวอย่างเช่น   ทอง (gold)    กับ  ชาร์โคไพไรท์ (chalcopyrite) ซึ่งมีสีของแร่เป็นสีเหลืองเหมือนกัน แต่ทำให้เป็นผงแล้วสีของแร่ทั้งสองนี้จะแตกต่างกันอย่างชัดเจน คือ ทองจะมีสีผงละเอียดเป็นสีเหลืองแต่ชาร์โคไพไรท์จะมีสีผงละเอียดเป็นสีดำ

          ความแข็ง (hardness) เป็นสมบัติหลักของแร่ ด้วยรูปลักษณ์และสมบัตินี้ทำให้สามารถจำแนกแร่ได้ง่ายขึ้น  ความแข็งของแร่ หมายถึง ความทนทานต่อการขูดหรือการกะเทาะของแร่ เช่น ถ้านำแร่ A มาขูดกับแร่ B แล้วทำให้แร่ B เป็นรอยได้ แต่เมื่อนำแร่ B มาขูดแร่ A ไม่สามารถทำให้แร่ A เป็นรอยได้ แสดงว่า แร่ A มีความแข็งกว่าแร่ B ความแข็งโดยใช้สเกลของ เฟเดอริก  โมห์  (Frederick Mohs) ซึ่งมีอยู่ 10 แร่เรียงตามลำดับจากอ่อนสุดไปหาแข็งสุดได้ดังนี้

แต่ถ้าไม่สามารถหาแร่มาตรฐานเหล่านี้ได้ ก็สามารถใช้อุปกรณ์ทดสอบที่หาได้ง่าย เช่น

          เล็บมือ   ความแข็งประมาณ 2.5
          เหรียญหรือทองแดง   ความแข็งประมาณ 3
          มีด ดาบ หรือกระจก   ความแข็งประมาณ 5.5
          ตะไบเหล็ก   ความแข็งประมาณ 6.5

วิธีการตรวจสอบแร่จากความแข็งของแร่นั้นมีข้อเสียที่อาจจะทำให้เกิดการจำแนกผิดได้ เช่น