奥四万湖の水がこれほど鮮烈な青色を放つ背景には、単なる「水が綺麗だから」という説明にとどまらない、明確な水質環境と物理化学的なメカニズムが存在します。群馬県や環境調査機関の分析資料によると、四万ブルーの形成には主に3つの要因が複合的に作用しています。
第1の要因は、「アロフェン」と呼ばれる含水ケイ酸アルミニウム微粒子の存在です。奥四万湖の上流にあたる鉱山跡地や火山性地層から溶け出した極めて微小な鉱物コロイド粒子が、水中に均一に浮遊しています。太陽光が水中に差し込むと、波長の短い「青い光」がこれらの微粒子に衝突して全方向に散乱する現象（レイリー散乱・ミー散乱）が発生し、人間の目に鮮やかなコバルトブルーとして認識されます。
第2の要因は、湖水の卓越した透明度と有機物の少なさです。四万川ダムに流れ込む源流は標高が高く、生活排水や農薬などの有機物が一切混入しません。植物プランクトンの発生を促す窒素やリンなどの栄養塩類が極限まで乏しい「極貧栄養湖」に近い状態が維持されているため、光を吸収・濁らせる不純物がなく、青い波長だけが深くまで透過して反射します。
第3の要因は、1日の光量変化と周囲の地質反射です。四万川ダムの湖底や周囲の岩盤に含まれる成分、そして太陽光の入射角度によって、水面の色はコバルトブルー、インディゴブルー、エメラルドグリーンへと劇的に変化します。光の屈折とミネラルバランスが奇跡的に調和した結果が、この類まれな四万ブルーを生み出しているのです。
