Химический состав жемчуга зависит от относительных количеств минерального вещества (арагонита), органического вещества (конхиолина) и воды, из которых он состоит. Мы располагаем лишь ограниченными данными о химическом составе жемчуга. В среднем жемчужины содержат приблизительно 86% арагонита, 12% конхиолина и 2% воды.
Некоторые более редкие разновидности жемчуга, такие, как жемчужины из раковин Pinna, содержат до 23% воды; содержание арагонита в них соответственно меньше.
Если круглую жемчужину разрезать по диаметру и исследовать разрез при сильном увеличении под микроскопом, можно увидеть, что она состоит из серии более или менее непрерывных концентрических слоев, которые, однако, различаются по характеру в зависимости от природы отлагавших их клеток. Таким образом, жемчужина в разрезе напоминает луковицу.
Так как жемчужины представляют собой сложные агрегаты переменного состава, их плотность сильно варьирует. Нормальная величина плотности жемчужин из Персидского залива равна 2,715, и 98% значений их плотности лежит в пределах от 2,68 до 2,74. Для австралийских жемчужин нормальная величина плотности равна 2,74, а соответствующий разброс значений - от 2,68 до 2,78. Жемчужины из Венесуэлы, которые примечательны своей высокой относительной прозрачностью, что особенно хорошо заметно при исследовании с помощью эндоскопа, имеют несколько меньшую среднюю величину плотности, а именно 2,70, а разброс значений - от 2,65 до 2,75. Японские природные жемчужины характеризуются значительным колебанием значений плотности. Средняя ее величина находится в пределах от 2,70 до 2,74, а разброс значений - от менее чем 2,66 до 2,76. Пресноводные жемчужины из рек Северной Америки обнаруживают еще более широкий разброс значений плотности - от менее чем 2,66 до более чем 2,78, а также заметно более низкое среднее значение - 2,66 - 2,7.
Плотность арагонита равна 2,94, а плотность кальцита - 2,71. Последняя из приведенных величин близка к средней величине плотности жемчуга, и поэтому, если в жемчуге присутствует ощутимое количество конхиолина (плотность 1,34) и воды (плотность 1,0), то большая часть карбоната кальция должна быть представлена арагонитом. Жемчужины, имеющие состав, близко соответствующий средним значениям, указанным выше, могут полностью состоять из арагонита. Однако состав некоторых жемчужин, содержащих лишь несколько процентов конхиолина и воды, таков, что позволяет предполагать наличие в них и кальцита, если плотность их укладывается в обычные пределы. Новые данные по корреляции состава жемчужин и их плотности оказались бы весьма ценными.
Плотность черных жемчужин ниже, чем плотность обычного природного жемчуга, и варьирует от 2,61 до 2,69. Розовый жемчуг имеет плотность около 2,85, что указывает на большое содержание в его составе арагонита, Твердость жемчуга почти такая же, как и твердость арагонита, а именно 3 1/2 - 4 по шкале Мооса.