Čistý cristobalit (vysokoteplotní fáze SiO₂) se liší od alfa- a beta-křemenu především v uspořádání atomů křemíku a kyslíku v krystalové struktuře, což vede k odlišným fyzikálním vlastnostem. Zde jsou hlavní rozdíly:

Krystalová struktura:

• Cristobalit: Má kubickou krystalovou soustavu (při vysokých teplotách, označovaný jako β-cristobalit) nebo tetragonální (při nižších teplotách, označovaný jako α-cristobalit). Jeho struktura je více otevřená než u křemene, s většími dutinami. Základní stavební jednotkou jsou také tetraedry SiO₄, ale jsou propojeny jiným způsobem než v křemeni.
• Alfa-křemen (nízkoteplotní křemen): Má trigonální krystalovou soustavu. Jeho struktura je hustší a spirálovitá.
• Beta-křemen (vysokoteplotní křemen): Má hexagonální krystalovou soustavu a je symetričtější než alfa-křemen. K přechodu mezi alfa a beta křemenem dochází při teplotě 573 °C.

Hustota:

• Cristobalit má nižší hustotu (okolo 2.33 g/cm³) než alfa-křemen (2.65 g/cm³) a beta-křemen (2.51 g/cm³). Otevřenější struktura cristobalitu vede k nižší hmotnosti na jednotku objemu.

Teplotní stabilita a přechody fází:

• Cristobalit: Je stabilní při vyšších teplotách než křemen. Křemen se při zahřívání mění na tridymit (nad 870 °C) a poté na cristobalit (nad 1470 °C). Cristobalit existuje až do teploty tání SiO₂ (okolo 1713 °C). Cristobalit také vykazuje nízkoteplotní (α) a vysokoteplotní (β) formu s přechodem okolo 200-275 °C. Tento přechod je kvazi-druhého řádu a zahrnuje jen malé posuny atomů.
• Alfa-křemen: Je stabilní do 573 °C, kdy přechází na beta-křemen.
• Beta-křemen: Je stabilní mezi 573 °C a 870 °C, kdy se za normálního tlaku mění na tridymit.

Optické vlastnosti:

• Indexy lomu se mezi těmito fázemi liší v důsledku rozdílné hustoty a krystalové struktury. Cristobalit má obecně nižší indexy lomu než křemen.

Výskyt a vznik:

• Cristobalit: V přírodě je relativně vzácný a obvykle se vyskytuje v sopečných horninách, metamorfovaných horninách vysokého stupně a impaktních strukturách, kde došlo k rychlému ochlazení taveniny bohaté na oxid křemičitý při vysokých teplotách. Může vznikat i devitrifikací křemenného skla při vysokých teplotách.
• Alfa-křemen: Je nejběžnější formou SiO₂ a tvoří významnou součást mnoha magmatických, metamorfovaných a sedimentárních hornin.
• Beta-křemen: V přírodě se vyskytuje vzácně jako paramorfóza po alfa-křemeni, kde si krystal zachoval vnější tvar beta-křemene, ale vnitřně se přeměnil na alfa-křemen při ochlazení.