Průměrná hustota Země je 5,515 g/cm3. Protože průměrná hustota povrchového materiálu se pohybuje pouze kolem 3,0 g/cm3, musíme dojít k závěru, že uvnitř zemského jádra existují hustší materiály. tento výsledek je znám již od Schiehallionova experimentu provedeného v 70. letech 19. století. Charles Hutton ve své zprávě z roku 1778 dospěl k závěru, že průměrná hustota Země musí být asi 9 5 {\displaystyle {\tfrac {9}{5}}}.

než u povrchových hornin, a dospěl k závěru, že nitro Země musí být kovové. Hutton odhadl, že tato kovová část zabírá asi 65 % průměru Země.6 Huttonův odhad průměrné hustoty Země byl ještě asi o 20 % nižší a činil 4,5 g/cm3.7 Henry Cavendish ve svém pokusu s torzní váhou z roku 1798 zjistil hodnotu 5. Huttonův odhad průměrné hustoty Země byl ještě o 20 % nižší a činil 4,5 g/cm3.Seismická měření ukazují, že jádro je rozděleno na dvě části, „pevné“ vnitřní jádro o poloměru ≈1 220 km a kapalné vnější jádro, které ho přesahuje do poloměru ≈3 400 km. Hustoty se pohybují mezi 9 900 a 12 200 kg/m3 ve vnějším jádře a 12 600-13 000 kg/m3 ve vnitřním jádře.

Vnitřní jádro bylo objeveno v roce 1936 Inge Lehmannem a obecně se předpokládá, že je složeno především ze železa a trochu niklu. Protože tato vrstva je schopna přenášet smykové vlny (příčné seismické vlny), musí být pevná. Experimentální důkazy byly někdy v rozporu se současnými krystalickými modely jádra. Jiné experimentální studie ukazují rozpor při vysokém tlaku: studie s diamantovou kovadlinkou (statické) při tlaku v jádře poskytují teploty tání, které jsou přibližně o 2000 K nižší než teploty z šokových laserových (dynamických) studií. Laserové studie vytvářejí plazmu a výsledky naznačují, že omezení podmínek ve vnitřním jádře bude záviset na tom, zda je vnitřní jádro pevná látka, nebo plazma s hustotou pevné látky. To je oblast aktivního výzkumu.

V raných fázích vzniku Země před asi 4,6 miliardami let by tání způsobilo, že by hustší látky klesaly směrem ke středu v procesu zvaném planetární diferenciace (viz také železná katastrofa), zatímco méně husté materiály by migrovaly do kůry. Předpokládá se tedy, že jádro je z velké části tvořeno železem (80 %) spolu s niklem a jedním nebo více lehkými prvky, zatímco ostatní husté prvky, jako je olovo a uran, jsou buď příliš vzácné na to, aby byly významné, nebo mají tendenci vázat se na lehčí prvky a zůstávají tak v kůře (viz felsické materiály). Někteří tvrdí, že vnitřní jádro může mít podobu jediného krystalu železa.

V laboratorních podmínkách byl vzorek slitiny železa a niklu vystaven tlaku podobnému jádru tak, že byl uchopen do svěráku mezi 2 diamantové hroty (diamantová kovadlinka) a poté zahřát na teplotu přibližně 4000 K. Vzorek byl pozorován pomocí rentgenového záření a silně podpořil teorii, že vnitřní jádro Země je tvořeno obřími krystaly probíhajícími od severu k jihu.

Kalné vnější jádro obklopuje vnitřní jádro a předpokládá se, že je složeno ze železa smíchaného s niklem a stopovým množstvím lehčích prvků.

Někteří spekulují, že nejvnitřnější část jádra je obohacena zlatem, platinou a dalšími siderofilními prvky.

Složení Země vykazuje silnou podobnost se složením některých chondritových meteoritů, a dokonce i s některými prvky ve vnější části Slunce. Již od roku 1940 vědci, včetně Francise Birche, stavěli geofyziku na předpokladu, že Země je podobná obyčejným chondritům, což je nejběžnější typ meteoritu pozorovaný při dopadu na Zemi. To ignoruje méně hojné enstatitové chondrity, které vznikaly za extrémně omezeného množství dostupného kyslíku, což vedlo k tomu, že některé normálně oxyfilní prvky existují buď částečně, nebo zcela ve slitinové části, která odpovídá jádru Země.

Dynamická teorie předpokládá, že konvekce ve vnějším jádru v kombinaci s Coriolisovým efektem dává vzniknout magnetickému poli Země. Pevné vnitřní jádro je příliš horké na to, aby udrželo trvalé magnetické pole (viz Curieova teplota), ale pravděpodobně působí na stabilizaci magnetického pole vytvářeného kapalným vnějším jádrem. Průměrná hodnota magnetického pole ve vnějším jádru Země se odhaduje na 25 Gaussů (2,5 mT), což je 50krát silnější než magnetické pole na povrchu.

Nedávné důkazy naznačují, že vnitřní jádro Země může rotovat o něco rychleji než zbytek planety; v roce 2005 tým geofyziků odhadl, že vnitřní jádro Země rotuje přibližně o 0,3 až 0,5 stupně za rok rychleji; novější studie z roku 2011 však tuto hypotézu nepotvrdily. Další možné pohyby jádra být oscilační nebo chaotické.

Současné vědecké vysvětlení teplotního gradientu Země je kombinací tepla, které zbylo z počátečního vzniku planety, rozpadu radioaktivních prvků a zmrznutí vnitřního jádra.