Formal definieren Geowissenschaftler Sand als partikuläres Gesteinsmaterial mit einer Korngröße zwischen 0,063 und 2 mm Durchmesser.
Gesteinspartikel grösser als 2 mm werden als Kies und noch grössere (> 63 mm) als Steine bezeichnet.
Liegt der Korndurchmesser zwischen 0,063 mm und 0,0002 mm, sprechen Geowissenschaftler von Schluff bzw. Silt., bei noch kleineren von Ton.
Charakterisiert wird Sand vorrangig anhand seines Mineralbestandes, seiner Korngrößenverteilung sowie seiner Farbe. Für technische Anwendungen können darüberhinaus auch Eigenschaften der einzelnen Sandkörner wie Kornform, Rundungsgrad und Oberflächenstruktur von Bedeutung sein. Alle Merkmale werden in irgendeiner Weise von geologischen Vorgängen bestimmt.

Mit wenigen Ausnahmen sind Sande das Produkt mechanischer und chemischer ® Verwitterung von Gesteinen. Von daher entscheidet zunächst einmal das Ausgangsgestein über die Zusammensetzung eines Sandes. Wenn etwa dunkle vulkanische Gesteine verwittern wie der Basalt auf dem Foto rechts, bildet sich ein entsprechender "schwarzer" Sand, wie man ihn zum Beispiel an Stränden auf Hawai oder den Kanarischen Inseln findet.

Setzt sich ein Gestein aus verschiedenen Mineralen zusammen, beispielsweise ein Granit (Bild rechts, zur Erinnerung an die Schulzeit: besteht überwiegend aus Feldspat, Quarz und Glimmer), sind diese Minerale zumindest anfangs auch in seinem Zerfallsprodukt enthalten. Wird der Sand jedoch über weite Strecken transportiert oder unterliegt er einer intensiven chemischen Verwitterung, werden weichere bzw. chemisch weniger stabile Minerale wie die Glimmer und die Feldspäte nach und nach zerstört oder aufgelöst. Das Endprodukt ist dann meistens ein mehr oder minder reiner ® Quarzsand.
linkes Foto: Granitgeröll
rechtes Foto: Sand mit den Hauptbestandteilen eines Granites. Die gut erhaltenen Glimmer (G) und die eckigen Quarzkörner (Q) verraten, dass der Sand nicht weit verfrachtet wurde.
Einige eher seltene Sandkörner unter der Lupe. Von links nach rechts: Disthen-, Hornblende- und Chromit-Kristalle
Größere Flüsse nehmen in der Regel Verwitterungsschutt verschiedener Gesteinstypen auf. ® Flusssande wie der Wesersand (Foto rechts) enthalten dementsprechend ein Sammelsurium unterschiedlicher Gesteinspartikel. Deren Herkunft läßt sich anhand der begleitenden ® Kiesgerölle leicht ermitteln.
Wesersand enthält Partikel aus unterschiedlichen Gesteinen Das Endprodukt der Verwitterung - Quarzsand
Natürlich vorkommender Sand besteht in der Regel aus einem Gemenge von Körnern unterschiedlicher Grösse, in dem auch Anteile von Kies, Schluff oder Ton enthalten sind. Die genaue Zusammensetzung eines Sandes wird im Labor bestimmt, indem der Sand nach DIN-Norm in einzelne Korngrössenklassen - die Kornfraktionen - gesiebt und die Anteile der verschiedenen Fraktionen bezogen auf das Gesamtgewicht der Probe ermittelt werden. Daraus wird eine Grafik erstellt, die sogenannte Sieblinie, deren Verlauf dem Fachmann schon auf den ersten Blick Aufschluss über das Korngrößenverteilung einer Probe gibt. Während beispielsweise Flussablagerungen ein breites Spektrum von Korngrössen aufweisen (von Tonpartikeln bis hin zu großen Steinen), umfassen ® Flugsande nur ein engen Bereich (Schluff, ® Feinsand bis Grobsand).
Wer einmal einen Sandstrand an Nord- oder Ostsee "unter die Lupe" genommen hat, wird festgestellt haben, dass der Meeressand neben Gesteinspartikeln auch Fragmente von Schalen oder Gehäusen von Muscheln, Schnecken etc. enthält, die meist aus Kalk aufgebaut sind, den die Organismen dem Meerwasser entzogen haben. Eine spezielle Art von Sand, der fast ausschließlich aus Kalkpartikeln besteht, findet sich auf den Bahamas und anderen Karibik-Inseln. Der sogenannte ® Karbonatsand enthält neben Schalenbruchstücken auch unzählige kleine Ooide, Kalkkügelchen, die im warmen Flachwasser auskristallisieren. Noch exotischere Kristallisationsprodukte 
finden sich im US-Bundesstaat New Mexico. Die Dünen der ® White Sands bestehen aus zusammengewehten Gipskristallen, die bei der Verdunstung eines ehemaligen Salzsees entstanden waren.
oben: Strandsand (Portugal) mit zahlreichen Schneckengehäusen, daneben sind vorwiegend Quarzkörner zu erkennen.

links: Karbonatsand
Ebenso vielfältig wie die Zusammensetzung sind auch die Farbtönungen natürlicher Sande.
Wüstensande aus heißen, trockenen Klimazonen etwa weisen meist bräunliche bis rötliche Verfärbungen in diversen Schattierungen auf. Ursache sind feine Partikel aus natürlichen Eisen-Verbindungen, die die größeren Körner (meist Quarz) bedecken. Riesige Mengen solcher rotbrauner Sande entstanden auch schon in lange zurückliegenden geologischen Epochen wie der Rotliegend-Zeit und der Buntsandstein-Zeit.
oben: Wüstensand aus Dubai
Niedersächsische Quarzkörner
mit "Eisenoxid-Puder"
Auch in heimischen Sandgruben lassen sich stellenweise Sande mit entsprechenden Verfärbungen finden, bedingt durch Eisen-Verbindungen, die im Porenraum des Sandes aus dem Grundwasser ausgefällt wurden. Begleitende Mangan-Ausfällungen sorgen daneben manchmal für schwarze Farbtupfer (Fotos rechts). Solche Verfärbungen bilden beliebte Motive für die Herstellung künstlerisch wirkender ® Bodenprofile.

Farbliche Sand-Besonderheiten aus Niedersachsen. 
Zum Vergleich in der Mitte ein reiner Quarzsand.		 Die Palette heimischer Sandfarben ist damit aber noch längst nicht erschöpft, wie nebenstehendes Foto zeigt. Die grüne Farbe der Probe 1 wird durch das Mineral Glaukonit verursacht, das sch unter bestimmten Bedingungen am Meeresboden bildet. Betrachtet man den grauen Sand (2) unter dem Mikroskop, stellt man fest, dass er aus einer Mischung heller Quarzkörner und dunkler Braunkohlepartikel besteht. Mikroskopisch kleine Schwefel-Kristalle im Sand sind verantwortlich für die gelbliche Farbe der Probe 3. Probe 4 schließlich verdankt ihren Rosa-Farbton der Eigenfarbe der Quarzkörner selbst ("vewitterter Rosenquarz").
Wenn Sandkörner von Wind, Wasser oder Eis transportiert werden, unterliegen sie einem mechanischen Abrieb. Stärker abgerundete Körner haben daher meist eine längere Reise hinter sich als eckige Sandkörner. Allerdings spielt dabei auch die unterschiedliche Härte der Mineralkomponenten zu eine große Rolle. Besonders gut gerundet sind Strandsande, die über lange Zeit in der Meeresbrandung aufgewirbelt werden.
Quarzkörner - eckig und gerundet
Kommen Sandkörner zeitweilig oder dauerhaft zur Ruhe, werden sie in ® Schichten abgelagert. Neben den schon beschriebenen Merkmalen entstehen in einer Sandfolge weitere Merkmale, anhand derer sich beispielsweise rekonstruieren lässt, ob der Sand ehemals am Strand, auf einer ® Düne oder in einem ® Fluss abgelagert wurde - unter Umständen auch noch nach vielen Millionen von Jahren, wenn der Sand längst zu einem ® Sandstein verfestigt ist.

Sand ist auch ein beliebtes ® Sammelobjekt. Wer einen optischen Eindruck von der ungeheuren Vielfalt weltweit gesammelter Sandproben gewinnen möchte, dem sei ein Besuch auf der Seite von ® Loes Modderman empfohlen.