ในด้านธรณีวิทยา แร่ทองคำนับได้ว่าเป็นแร่ที่พบเห็นมาก และอาจจะมากกว่าแร่ชนิดอื่นๆ ที่รูจัก จำนวนของเหมืองแร่ทองคำก็อาจจะมากที่สุดด้วยเช่นกัน ทั้งนี้น่าจะมีสาเหตุจากธรรมชาติของทองคำที่มีทั่วไปในสิ่งแวดล้อม เป็นโลหะที่มีสีสรรสวยงาม สดใส ตลอดเวลา มีความอ่อนนิ่ม คงทน นำมารีด/ดัด และทำเป็นรูปร่างต่างๆ ได้ง่าย โดยเฉพาะการทำเป็นเครื่องประดับซึ่งเป็นที่นิยมตลอดกาล แต่เนื่องจากแร่ทองคำมีปริมาณหรือสัดส่วนที่น้อยมากในธรรมชาติ มีความต้องการสูง จึงทำให้ทองคำมีราคาสูง และมีผู้ค้นหาและขุดขึ้นมาขายเป็นจำนวนมาก รวมทั้งมีการศึกษาเกี่ยวกับการเกิด การสะสมตัว การทำเหมืองและการสกัดแร่ทองคำเป็นจำนวนมาก รายละเอียดต่างๆ เพิ่มเติมเกี่ยวกับทองคำสามารถดูได้จากเว็บของสมาคมค้าทองคำ ซึ่งมี ข้อมูลเกี่ยวกับโลหะทองคำ อธิบายไว้อย่างดี
เอกสารเผยแพร่ของกรมทรัพยากรธรณีหลายชิ้น ที่กล่าวถึงการเกิดของแร่ทองคำ โดยแบ่งเป็นแบบปฐมภูมิ (primary deposit) และแบบทุติยภูมิ (secondary deposit) โดยแบบปฐมภูมิหมายถึงพบทองคำในเนื้อหิน ส่วนแบบทุติยภูมิเป็นทองคำที่ผุพังมาจากแบบปฐมภูมิ เป็นแร่ทองคำอยู่ในชั้นดินหรือตะกอนกรวดทรายในลำน้ำตามรูปที่ 1
 |
| รูปที่ 1. การเกิดแร่ทองคำ แบบง่าย |
ตัวอย่างที่เห็นของการเกิดตามลักษณะดังกล่าว ได้แก่ แหล่งแร่ทองคำเขาพนมพา อำเภอวังทรายพุน จังหวัดพิจิตร (แต่ไม่มีส่วนของแร่ทองคำในลำน้ำ) ซึ่งมีการค้นพบและปรากฏเป็นข่าวเมื่อประมาณปี พ.ศ. 2542 และมีการขุดแร่ทองคำกันเรื่อยมา บางครั้งมีนักแสวงโชคจากทั่วทุกสารทิศ เข้าไปขุดพร้อมกันหลายพันคน โดยทองคำที่พบเป็นแร่ทองคำที่ฝังประในเนื้อหิน/แร่ควอตซ์ (quartz) ซึ่งเป็นแบบปฐมภูมิ และแร่ทองคำที่ผุพังมาจากหินควอตซ์และปะปนอยู่ในชั้นเปลือกดิน
รูปที่ 2 เป็นสายแร่ควอตซ์ที่มีแร่ทองคำฝังประอยู่ ตอนบนเป็นสายควอตซ์ที่ผุพังไปแล้ว และมีชั้นเปลือกดินซึ่งเป็นดินปนเศษหินปิดทับอยู่ รูปที่ 3 เป็นชั้นเปลือกดินที่มองเห็นชัดเจนขึ้น และปิดทับบนหินดานซึ่งเป็นหินอัคนีชนิดไดออไรต์ (diorite)
 |
| รูปที่ 2 สายควอตซ์ที่มีแร่ทองคำฝังประในเนื้อหิน, เขาพนมพา อำเภอวังทรายพูน จังหวัดพิจิตร |
 |
| รูปที่ 3 ชั้นเปลือกดินที่มีแร่ทองคำปะปน วางปิดทับหินดานซึ่งเป็นหินไดออไรท์, เขาพนมพา อำเภอวังทรายพูน จังหวัดพิจิตร |
แร่ทองคำจะขุดพบในชั้นเปลือกดินก่อน โดยนำเอาดินปนเศษหินไปล้างและร่อนเพื่อแยกแร่ทองคำออกมา ทองคำที่ได้จะเป็นก้อนเล็กๆ ตามภาพที่ปรากฏในรูปที่ 4 รูปร่างของทองคำมักกลมไม่มีเหลี่ยม แต่หากนำสายควอตซ์ที่มีทองคำฝังประอยู่ ตามตัวอย่างในรูปที่ 5 จะต้องนำเอาหินไปบดให้ละเอียดก่อนเพื่อแยกแร่ทองคำออกจากก้อนหิน แล้วจึงนำไปล้างและร่อน อีกครั้งหนึ่ง ซึ่งจะได้ทองคำที่มีรูปร่างแตกต่างออกไป ตามรูปที่ 6 ซึ่งมักเป็นเหลี่ยมและผิวเรียบ
 |
| รูปที่ 4 แร่ทองคำที่ร่อนได้จากชั้นเปลือกดิน มักกลมไม่มีเหลี่ยม, เขาพนมพา อำเภอวังทรายพูน จังหวัดพิจิตร |
 |
| รูปที่ 5 แร่ทองคำฝังประในเนื้อหินควอตซ์, เขาพนมพา อำเภอวังทรายพูน จังหวัดพิจิตร |
 |
| รูปที่ 6 แร่ทองคำที่ได้จากการบดหินแล้วนำมาร่อน มักเป็นเหลี่ยม ผิวเรียบ, เขาพนมพา อำเภอวังทรายพูน จังหวัดพิจิตร |
**** มีเพิ่มเติมเกี่ยวกับ การเกิดในหินแบบปฐมภูมิ และการเกิดในดิน/ทราย แบบทุติยภูมิ
