Im Artesischen Becken bildeten sich durch den Wechsel von Trockenheit und Feuchtperioden Mergelschichten und Konglomeratbänke, deren Erosion, Faltung und Festigung vor 135 - 70 Mio. Jahren entstanden sind. 

In den nachfolgenden Jahrmillionen haben sich in den abgelagerten tonreichen Mergelschichten zunächst Gesteine abgelagert, aus denen anschließend unterirdische Rinnsale und Grundwasserläufe Kieselsäure (SiO2) auslaugten. 

Stark vereinfacht lässt sich die Entstehung von Opal ausdrücken in 

Opal = Kieselsäure + Wasser. 

Nach der herkömmlichen Theorie, sickerte Wasser durch Spalten und Ritzen von verwitterten Sedimentsgesteinen (Feldspat/Kaolinit, Sandsteinschichten) und reicherte sich dabei mit Kieselsäure an. Im Laufe der Zeit sammelten sich die Abscheidungen auf undurchlässigen Schichten und das Wasser der Säure verdunstete. Durch die Verdunstung verdichtete sich die Kieselsäure zunächst und ein amorphes Gel (SiO2 nH2O Siliziumdioxid Grundgefüge ohne erkennbare Kristallstruktur,d.h. formlos) entsteht, mit immer noch ca. 6 - 18 % Wasser. 

Durch die Wechselwirkung von Anreicherung und Verdunstung bilden sich Tridymit- oder Cristobalitkügelchen. Erste Kugeln unterschiedlicher Grösse setzen sich am Grund ab und führen zu dünnen Schichten (genannt Potch in der Opal-Fachsprache). 

Erst durch die Entstehung von geometrisch regelmässig angeordneten Kugeln gleicher Grösse von 0.15 - 0.35 u in Schichten und enger Packung wird Edelopal gebildet. Nach den neuesten Erkenntnissen, dauert die Opalbildung bis zur Stabilität selbst in viel kürzerer Zeit als bisher angenommen wurde durch den äusserst selektiven Prozess eines Ionenausttauschs mit Nukleus, Elektrolyt und Wasser (Theorie nach Len Cram). 

Interessant bei der Opalbildung ist, das sich die Opalkügelchen in der Grösse von unten nach oben bilden, d.h. die grössten Kügelchen befinden sich immer an der tiefsten Stelle des Opalträgers 

Chemische Formel: SiO2.nH2O 

Härte: 5,5 bis 6,5 

Dichte: 2,1 bis 2,2 

Brechungsindex: 1,3 bis 1,45 , je noch Wassergehalt wechselnd 

Zustand: amorph 

Wassergehalt: 3 bis 10% 

Das besondere Farbenspiel des Opals beruht auf Lichtbeugung an einem periodischen Raumgitter. D.h., wenn Licht auf die besondere Anordnung der Opalstruktur trifft, wird es gebeugt und in seine Spektralfarben aufgespalten. Die Farbzerlegung erfolgt durch die unterschiedlichen Kugelgrössen bezw. deren Zwischenräume. 

Edelopal besteht aus winzigen gleichförmigen Kieselsäure-Kügelchen von 0,15 bis 0,3 tausendstel Millimeter Durchmesser, gleichmäßig in Gruppen angeordnet. Diese Gruppen werden als Pattern bezeichnet. Die Zwischenräume sind mit Kieselgel und bis zu 10 Prozent Wasser gefüllt. Die Lichtbeugung wird durch den unterschiedlichen Brechungsindex von Wasser (1,33) und Kieselsäure (1,44) ermöglicht. 

Trifft nun weißes Licht auf die Kugel-Gruppen wird es je nach Kugelgröße und Stärke der Gruppen in die Spektralfarben gebrochen (gebeugt) und auf Grund der unterschiedlichen Wellenlängen in verschiedenen Winkeln reflektiert. Je größer die Kieselsäurekügelchen und die einzelnen Gruppen sind, desto langwelligeres Licht (rote Farbtöne) wird durchgelassen und gebeugt. Kleine Kügelchen bzw. Gruppen lassen nur kurzwelliges Licht (blaue Farbtöne) sichtbar werden. Die einzelnen Farben des Regenbogens sind vom Auge getrennt wahrnehmbar.