주사전자현미경을 이용해 색 변화 효과가 있는 오팔의 내부를 관찰하면 오팔의 내부가 무수히 많은 구형에 가까운 실리카 구체로 촘촘히 채워져 있음을 알 수 있습니다. 이 실리카 구체들은 크기가 비슷하고 일정한 범위 내에서 깔끔하게 배열되어 있으며, 서로 연결되어 단순한 정육면체 배열로 쌓이거나 다른 실의 틈새에 하나의 실을 쌓아 몸체 중심의 정육면체 패킹을 형성합니다.

실리카 구의 크기가 고르지 않고 무질서하게 배열되어 있으면 그 사이의 간격도 혼란스러워 격자를 형성할 수 없습니다. 이러한 유형의 오팔에 빛이 들어오면 회절이 일어나지 않으므로 색상 변경 효과를 얻을 수 없습니다.

또한 오팔에는 석영, 카올린, 활석과 같은 소량의 비균질 광물 미세 결정이 포함되어 있을 수 있습니다. 석영은 비정질 오팔의 결정화에서 형성됩니다. 지질학적 시간이 지남에 따라 무정형 오팔, 결정성이 낮은 입상 단사정질 트리디마이트, 결정성이 좋은 프리즘형 단사정질 트리디마이트 및 결정성이 좋은 입상 석영이 발생합니다. 결정화 정도에 따라 오팔의 색상 변화 강도가 결정됩니다. 관련 데이터에 따르면, 색 변화가 강한 오팔에는 미세 결정이 없고 결정성이 약하며, 색 변화가 중간 정도인 오팔에는 윤곽이 흐릿한 입상 단사정질 트리디마이트의 미세 결정이 있으며, 색 변화가 약하거나 없는 오팔에는 바늘 모양의 단사정질 트리디마이트 미세 결정이 나타나 결정화가 약하다는 것을 나타냅니다. 즉, 결정화 정도가 증가함에 따라 오팔의 색상 변화 정도는 그에 따라 약해집니다.

오팔의 색상 변화 효과는 실리카 구체와 그 균질성과 관련이 있을 뿐만 아니라 외부 조건의 영향도 받습니다. 변색 효과는 광학적인 현상이고 빛은 인간의 뇌에 작용하는 감각일 뿐이므로 위치, 시간, 관찰 방법도 변색 효과에 영향을 줄 수 있습니다. 같은 오팔이라도 다른 위도, 다른 계절, 다른 기상 조건 또는 같은 날 다른 시간에 관찰할 때 색 변화의 강도나 색의 변화가 다르게 나타날 수 있습니다. 따라서 실내에서 자연광을 이용해 오팔을 관찰할 때는 창문 쪽을 바라보는 것이 가장 좋으며, 실외에서는 태양을 등지고 반대 위치에서 관찰하는 것이 좋습니다. 인공 조명 아래에서는 반사광을 활용하여 오팔에서 15~20cm 떨어진 거리에서 색상 변화의 강도와 색상의 다양성을 관찰해야 보다 정확한 설명과 평가를 할 수 있습니다.