A Föld átlagos sűrűsége5,515 g/cm3. Mivel a felszíni anyagok átlagos sűrűsége csak 3,0 g/cm3 körül van, arra kell következtetnünk, hogy a Föld magjában sűrűbb anyagok vannak.Ez az eredmény az 1770-es években végzett Schiehallion-kísérlet óta ismert.Charles Hutton 1778-as jelentésében arra a következtetésre jutott, hogy a Föld átlagos sűrűsége körülbelül 9 5 {\displaystyle {\tfrac {9}{5}}}
mint a felszíni kőzeteké, amiből arra következtetett, hogy a Föld belsejének fémesnek kell lennie. Hutton becslése szerint ez a fémes rész a Föld átmérőjének mintegy 65%-át teszi ki. 4,5 g/cm3 Hutton becslése a Föld átlagos sűrűségére vonatkozóan még mindig mintegy 20%-kal túl alacsony volt. 1798-as torziós mérlegkísérletében Henry Cavendish 5 g/cm3 értéket talált.45 g/cm3 -re, ami a mai érték 1%-án belül van.A szeizmikus mérések azt mutatják, hogy a mag két részre oszlik, egy ≈1.220 km sugarú “szilárd” belső magra és egy ≈3.400 km sugarú folyékony külső magra, amely ezen túlmenően ≈3.400 km sugarú. A sűrűség a külső magban 9 900 és 12 200 kg/m3 , a belső magban pedig 12 600-13 000 kg/m3 között van.
A belső magot 1936-ban fedezte fel Inge Lehmann, és az általános vélekedés szerint elsősorban vasból és némi nikkelből áll. Mivel ez a réteg képes a nyíróhullámokat (keresztirányú szeizmikus hullámokat) továbbítani, szilárdnak kell lennie. A kísérleti bizonyítékok időnként ellentmondanak a mag jelenlegi kristálymodelljeinek. Más kísérleti vizsgálatok nagy nyomás alatt eltérést mutatnak: a gyémánt üllő (statikus) vizsgálatok magnyomáson olyan olvadási hőmérsékleteket mutatnak, amelyek körülbelül 2000 K-kal alacsonyabbak a lökéslézeres (dinamikus) vizsgálatokból származó értékeknél. A lézeres vizsgálatok plazmát hoznak létre, és az eredmények arra utalnak, hogy a belső mag körülményeinek korlátozása attól függ, hogy a belső mag szilárd anyag vagy szilárd anyag sűrűségű plazma. Ez aktív kutatási terület.
A Föld keletkezésének korai szakaszában, körülbelül 4,6 milliárd évvel ezelőtt, az olvadás hatására a sűrűbb anyagok a bolygó differenciálódásának nevezett folyamat során (lásd még a vaskatasztrófát) a középpont felé süllyedtek volna, míg a kevésbé sűrű anyagok a kéreg felé vándoroltak. A magot így a feltételezések szerint nagyrészt vas (80%), valamint nikkel és egy vagy több könnyű elem alkotja, míg a többi sűrű elem, mint például az ólom és az urán, vagy túl ritka ahhoz, hogy jelentős legyen, vagy hajlamos könnyebb elemekhez kötődni, és így a kéregben maradni (lásd felsikus anyagok). Egyesek azt állítják, hogy a belső mag egyetlen vaskristály formájában lehet.
Laboratóriumi körülmények között egy vas-nikkel ötvözetből készült mintát úgy vetettek alá a maghoz hasonló nyomásoknak, hogy 2 gyémánthegy közé szorították egy fogószekrényben (gyémánt üllőcella), majd körülbelül 4000 K-ra hevítették. A mintát röntgensugárral megfigyelték, és erősen alátámasztották azt az elméletet, hogy a Föld belső magja északról délre futó óriáskristályokból állt.
A folyékony külső mag körülveszi a belső magot, és feltehetően nikkelnel és nyomokban könnyebb elemekkel kevert vasból áll.
Egyes feltételezések szerint a mag legbelső része aranyban, platinában és más sziderofil elemekben gazdagodik.
A Föld összetétele erős hasonlóságot mutat egyes kondrit meteoritokéval, sőt a Nap külső részében található egyes elemekkel is. Már 1940-től kezdve a tudósok, köztük Francis Birch, arra a feltevésre építették a geofizikát, hogy a Föld olyan, mint a közönséges kondritok, a Földbe becsapódó meteoritok leggyakoribb megfigyelt típusa. Ez figyelmen kívül hagyja a ritkábban előforduló ensztatit kondritokat, amelyek rendkívül korlátozottan rendelkezésre álló oxigén mellett keletkeztek, ami ahhoz vezetett, hogy bizonyos, általában oxifil elemek részben vagy egészben a Föld magjának megfelelő ötvözetrészben léteznek.
A dinamo-elmélet szerint a külső magban a konvekció a Coriolis-effektussal kombinálva hozza létre a Föld mágneses terét. A szilárd belső mag túl forró ahhoz, hogy állandó mágneses mezőt tartson fenn (lásd Curie-hőmérséklet), de valószínűleg a folyékony külső mag által létrehozott mágneses mező stabilizálására szolgál. A Föld külső magjának átlagos mágneses mezeje a becslések szerint 25 Gauss (2,5 mT), azaz 50-szer erősebb, mint a felszíni mágneses mező.
A legújabb bizonyítékok arra utalnak, hogy a Föld belső magja kissé gyorsabban foroghat, mint a bolygó többi része; 2005-ben egy geofizikusokból álló csoport becslése szerint a Föld belső magja évente körülbelül 0,3-0,5 fokkal gyorsabban forog; Újabb, 2011-es vizsgálatok azonban nem támasztották alá ezt a feltevést. A mag más lehetséges mozgásai oszcillációs vagy kaotikusak lehetnek.
A Föld hőmérsékleti gradiensének jelenlegi tudományos magyarázata a bolygó kezdeti kialakulásából visszamaradt hő, a radioaktív elemek bomlása és a belső mag megfagyása kombinációja.
A Föld hőmérsékleti gradiensének jelenlegi tudományos magyarázata a bolygó kezdeti kialakulásából visszamaradt hő, a radioaktív elemek bomlása és a belső mag megfagyása.