Maan keskimääräinen tiheys on5,515 g/cm3. Koska pintamateriaalin keskimääräinen tiheys on vain noin 3,0 g/cm3, on pääteltävä, että Maan ytimessä on tiheämpää materiaalia.Tämä tulos on ollut tiedossa 1770-luvulla tehdystä Schiehallion-kokeesta lähtien.Charles Hutton päätteli vuonna 1778 laatimassaan raportissa, että Maan keskimääräisen tiheyden on oltava noin 9 5 {\displaystyle {\tfrac {9}{5}}}}

kuin pintakiviaineksen, ja päätteli, että maapallon sisuksen täytyy olla metallinen. Hutton arvioi tämän metallisen osan vievän noin 65 % maapallon halkaisijasta.Huttonin arvio maapallon keskitiheydestä oli edelleen noin 20 % liian alhainen, 4,5 g/cm3.Henry Cavendish löysi vääntövaakakokeessaan vuonna 1798 arvoksi 5 g/cm3.45 g/cm3 , joka on 1 %:n sisällä nykyarvosta.Seismiset mittaukset osoittavat, että ydin jakautuu kahteen osaan, ”kiinteään” sisempään ytimeen, jonka säde on ≈1 220 km, ja nestemäiseen ulompaan ytimeen, joka ulottuu sen ulkopuolelle ≈3 400 km:n säteelle. Tiheydet ovat 9 900-12 200 kg/m3 ulkoytimessä ja 12 600-13 000 kg/m3 sisäytimessä.

Sisäisen ytimen löysi Inge Lehmann vuonna 1936, ja sen uskotaan yleisesti koostuvan pääasiassa raudasta ja jonkin verran nikkelistä. Koska tämä kerros pystyy välittämään leikkausaaltoja (poikittaisia seismisiä aaltoja), sen on oltava kiinteä. Kokeelliset todisteet ovat toisinaan olleet ristiriidassa ytimen nykyisten kidemallien kanssa. Muut kokeelliset tutkimukset osoittavat ristiriitaisuutta korkeassa paineessa: timanttialustatutkimukset (staattiset tutkimukset) ytimen paineessa tuottavat sulamislämpötiloja, jotka ovat noin 2000 K alhaisempia kuin shokkilaser-tutkimuksissa (dynaamiset tutkimukset) saadut sulamislämpötilat. Lasertutkimuksissa syntyy plasmaa, ja tulokset viittaavat siihen, että ytimen sisäisten olosuhteiden rajoittaminen riippuu siitä, onko ydin kiinteä vai plasma, jonka tiheys on kiinteän aineen tiheys. Tämä on aktiivisen tutkimuksen ala.

Maan muodostumisen alkuvaiheessa noin 4,6 miljardia vuotta sitten sulaminen olisi saanut tiheämmät aineet vajoamaan kohti keskustaa prosessissa, jota kutsutaan planetaariseksi erilaistumiseksi (ks. myös rautakatastrofi), kun taas vähemmän tiheät aineet olisivat siirtyneet kuoreen. Ytimen uskotaan näin ollen koostuvan suurelta osin raudasta (80 %) sekä nikkelistä ja yhdestä tai useammasta kevyestä alkuaineesta, kun taas muut tiheät alkuaineet, kuten lyijy ja uraani, ovat joko liian harvinaisia ollakseen merkittäviä tai ne sitoutuvat kevyempiin alkuaineisiin ja jäävät siten kuoreen (ks. felsiset aineet). Jotkut ovat väittäneet, että sisäinen ydin voi olla yksittäisen rautakiteen muodossa.

Laboratorio-olosuhteissa rauta-nikkeliseoksen näyte altistettiin ytimen kaltaisille paineille tarttumalla siihen kahden timanttikärjen välissä olevaan ruuvipenkkiin (timanttisalvokenno) ja kuumentamalla se sitten noin 4000 K:n lämpötilaan. Näytettä havainnoitiin röntgensäteilyllä, ja se tuki vahvasti teoriaa, jonka mukaan Maan sisäinen ydin koostui pohjoisesta etelään kulkevista jättiläismäisistä kuorista.

Sisäydintä ympäröi nestemäinen ulkoydin, jonka uskotaan koostuvan raudasta, johon on sekoittunut nikkeliä ja pieniä määriä kevyempiä alkuaineita.

Jotkut ovat spekuloineet, että ytimen sisimmässä osassa on runsaasti kultaa, platinaa ja muita siderofiilisiä alkuaineita.

Maailman koostumuksessa on vahvoja yhtäläisyyksiä eräiden kondriittimeteoriittien koostumuksen kanssa ja jopa joidenkin alkuaineitten koostumuksen kanssa, jotka esiintyvät Auringon uloimmassa osassa. Jo vuodesta 1940 lähtien tiedemiehet, Francis Birch mukaan lukien, rakensivat geofysiikan sen lähtökohdan varaan, että Maa muistuttaa tavallisia kondriitteja, yleisintä meteoriittityyppiä, jonka on havaittu törmäävän Maahan. Tämä jättää huomiotta harvinaisemmat enstatiittikondriitit, jotka muodostuivat äärimmäisen rajallisessa happitilanteessa, mikä johti siihen, että tietyt normaalisti hapettomat alkuaineet esiintyvät joko osittain tai kokonaan siinä seososassa, joka vastaa Maan ydintä.

Dynamoteorian mukaan Maan magneettikentän synnyttää ulommassa ytimessä tapahtuva konvektio yhdessä Coriolis-ilmiön kanssa. Kiinteä sisempi ydin on liian kuuma pitääkseen yllä pysyvää magneettikenttää (vrt. Curie-lämpötila), mutta toimii todennäköisesti vakauttamassa nestemäisen ulomman ytimen synnyttämää magneettikenttää. Maan ulkoytimen keskimääräisen magneettikentän arvioidaan olevan 25 Gaussin (2,5 mT) suuruinen, mikä on 50 kertaa voimakkaampi kuin magneettikenttä maan pinnalla.

Uudemmat todisteet ovat viitanneet siihen, että Maan sisäydin saattaa pyöriä hieman nopeammin kuin muu planeetta; vuonna 2005 geofyysikoiden ryhmä arvioi, että Maan sisäydin pyörii noin 0,3-0,5 astetta vuodessa nopeammin.

Uudemmat tutkimukset, jotka on tehty vuonna 2011, eivät ole kuitenkaan tukeneet tätä hypoteesia. Muut mahdolliset ytimen liikkeet ovat värähteleviä tai kaoottisia.

Tämänhetkinen tieteellinen selitys Maan lämpötilagradientille on yhdistelmä planeetan alkuperäisestä muodostumisesta jäljelle jäänyttä lämpöä, radioaktiivisten alkuaineiden hajoamista ja ytimen sisäosan jäätymistä.