Den gennemsnitlige massefylde på Jorden er5,515 g/cm3. Da den gennemsnitlige massefylde af overflademateriale kun er omkring 3,0 g/cm3 , må vi konkludere, at der findes tættere materialer i Jordens kerne. dette resultat har været kendt siden Schiehallion-eksperimentet, der blev udført i 1770’erne. Charles Hutton konkluderede i sin rapport fra 1778, at Jordens gennemsnitlige massefylde må være omkring 9 5 {\displaystyle {\tfrac {9}{5}}}
end for bjergarter på overfladen, og konkluderede, at jordens indre må være metallisk. Hutton anslog, at denne metalliske del skulle optage ca. 65% af Jordens diameter. hutton’s skøn over Jordens gennemsnitlige massefylde var stadig ca. 20% for lavt, nemlig 4,5 g/cm3. Henry Cavendish fandt i sit torsionsbalanceforsøg i 1798 en værdi på 5.45 g/cm3, inden for 1% af den moderne værdi. seismiske målinger viser, at kernen er opdelt i to dele, en “fast” indre kerne med en radius på ≈1.220 km og en flydende ydre kerne, der strækker sig ud over denne til en radius på ≈3.400 km. Densiteterne er mellem 9.900 og 12.200 kg/m3 i den ydre kerne og 12.600-13.000 kg/m3 i den indre kerne.
Den indre kerne blev opdaget i 1936 af Inge Lehmann og menes generelt at bestå primært af jern og lidt nikkel. Da dette lag er i stand til at transmittere forskydningsbølger (tværgående seismiske bølger), må det være fast. Eksperimentelle beviser har til tider været inkonsistente med de nuværende krystalmodeller for kernen. Andre eksperimentelle undersøgelser viser en uoverensstemmelse under højt tryk: Diamantamboltundersøgelser (statiske undersøgelser) ved kernetryk giver smeltetemperaturer, der ligger ca. 2000 K under dem fra choklaserundersøgelser (dynamiske undersøgelser). Laserundersøgelserne skaber plasma, og resultaterne tyder på, at det vil afhænge af, om den indre kerne er et fast stof eller et plasma med samme tæthed som et fast stof, om man kan begrænse den indre kernes tilstand. Dette er et område, hvor der forskes aktivt.
I de tidlige stadier af Jordens dannelse for ca. 4,6 milliarder år siden ville smeltning have fået tættere stoffer til at synke mod centrum i en proces kaldet planetarisk differentiering (se også jernkatastrofen), mens mindre tætte materialer ville være vandret mod jordskorpen. Man mener således, at kernen i vid udstrækning består af jern (80 %) sammen med nikkel og et eller flere lette grundstoffer, mens andre tætte grundstoffer, såsom bly og uran, enten er for sjældne til at have betydning eller har en tendens til at binde sig til lettere grundstoffer og dermed forblive i skorpen (se felsiske materialer). Nogle har hævdet, at den indre kerne kan have form af en enkelt jernkrystal.
Under laboratorieforhold blev en prøve af jern-nikkellegering udsat for det kerneagtige tryk ved at gribe den i en skruestik mellem 2 diamantspidser (diamantamboltcelle) og derefter opvarme den til ca. 4000 K. Prøven blev observeret med røntgenstråler og understøttede kraftigt teorien om, at Jordens indre kerne bestod af kæmpekrystaller, der løb fra nord til syd.
Den flydende ydre kerne omgiver den indre kerne og menes at bestå af jern blandet med nikkel og spor af lettere grundstoffer.
Nogle har spekuleret i, at den inderste del af kernen er beriget med guld, platin og andre siderofile grundstoffer.
Sammensætningen af Jorden har store ligheder med sammensætningen i visse chondritmeteoritter og endda med nogle grundstoffer i den yderste del af Solen. Allerede fra 1940 byggede videnskabsfolk, herunder Francis Birch, geofysikken på den forudsætning, at Jorden ligner almindelige chondritter, den mest almindelige type meteorit, der er observeret ved nedslag på Jorden. Dette ignorerer de mindre hyppigt forekommende enstatit-chondritter, som blev dannet under ekstremt begrænset tilgængeligt ilt, hvilket fører til, at visse normalt oxifile grundstoffer findes enten delvist eller helt i den legeringsdel, der svarer til Jordens kerne.
Dynamoteorien antyder, at konvektion i den ydre kerne, kombineret med Coriolis-effekten, giver anledning til Jordens magnetfelt. Den faste indre kerne er for varm til at holde et permanent magnetfelt (se Curie-temperaturen), men virker sandsynligvis stabiliserende på det magnetfelt, der genereres af den flydende ydre kerne. Det gennemsnitlige magnetfelt i Jordens ydre kerne anslås at måle 25 Gauss (2,5 mT), hvilket er 50 gange stærkere end magnetfeltet ved overfladen.
Nyere beviser har antydet, at Jordens indre kerne kan rotere lidt hurtigere end resten af planeten; i 2005 anslog et hold geofysikere, at Jordens indre kerne roterer ca. 0,3 til 0,5 grader om året hurtigere; nyere undersøgelser i 2011 understøttede dog ikke denne hypotese. Andre mulige bevægelser af kernen være svingende eller kaotiske.
Den nuværende videnskabelige forklaring på Jordens temperaturgradient er en kombination af varme, der er tilbage fra planetens oprindelige dannelse, henfald af radioaktive elementer og frysning af den indre kerne.