玛瑙的形成，成因有三种：
一种是由于地壳运动，火山喷发的大量岩浆发生流动，岩浆周围的地下水侵入出现了水液交融，水遇炽热岩流形成汽液混合物，在岩流中就形成气泡，这些气泡大小不一、稀疏不同、间距不等、形态各异、随着岩流运移气泡发生滚动，当岩浆停止流动，气泡也随之定位。这时气泡外形也就不再变化。它们的形状有：圆球状、椭圆形、还有的呈上尖下圆水滴形。尖端指向岩浆源，圆端指示岩浆流动方向，这就是我们现在所见到的形状不同的玛瑙外壳。玛瑙随时间的延长而冷却，最外层的二氧化硅逐渐形成了隐晶质、不透明、不漏水、不透气、致密坚硬的薄壳，壳内含气体、液体和二氧化硅胶体。再冷却二氧化硅胶体形成玉髓，分布于壳的内壁。这时气液混合物中含有碳微粒玛瑙出现黑色条带，含有赤铁矿为红色或紫红色条带，含氧化镍出现绿色条带，含有氧化锰出现褐色条带，含有钙和镁出现浅白或浅灰色条带。这些含有色素离子的矿物，根据温度不同，按先后次序结晶，故形成了层次分明颜色不同的纹饰，称为晶腺，带有晶腺构造二氧化硅**体叫做玛瑙。二氧化硅胶体再次冷却，压力减少，结晶速度缓慢，便形成了石英颗粒和水晶晶簇。剩余的液态主要成分是水。这种空洞内含水的玛瑙称为水胆玛瑙，而这样的水又称原生矿物水，在自然界中数量极少，只占全部水胆玛瑙的千分之几。
另一种是火山爆发时先形成玛瑙的空洞，由于外壳封闭不严或有沙眼及小油孔，地下水向内渗入，后期外壳又被钙质或泥质物包裹，甚至有的胶结得十分坚硬，里面的水很难泄漏出来，也就形成了水胆玛瑙。大部分水胆玛瑙属于这种类型，其特点胆内水量多，分布较为广泛。
第三种是玛瑙形成之后，由于上复地层的压力或地壳变动及地质构造作用使玛瑙球体发生裂隙，地下水沿裂隙向内渗入，裂隙被泥沙和粘土封闭，经过年长日久沉积为岩，而胆内的水又不易外渗，即为水胆玛瑙。