De gemiddelde dichtheid van de aarde is5,515 g/cm3. Omdat de gemiddelde dichtheid van oppervlaktemateriaal slechts ongeveer 3,0 g/cm3 is, moeten we concluderen dat zich in de kern van de Aarde dichtere materialen bevinden.Dit resultaat is bekend sinds het Schiehallion-experiment, uitgevoerd in de jaren 1770.Charles Hutton concludeerde in zijn verslag van 1778 dat de gemiddelde dichtheid van de Aarde ongeveer 9,5 {\displaystyle {\tfrac {9}{5}}} moet zijn.

die van het gesteente aan het oppervlak, en concludeerde daaruit dat het binnenste van de Aarde metaalachtig moest zijn. Hutton schatte dat dit metaalhoudende deel ongeveer 65% van de diameter van de Aarde beslaat.Hutton’s schatting van de gemiddelde dichtheid van de Aarde was nog steeds ongeveer 20% te laag, namelijk 4,5 g/cm3.Henry Cavendish vond in zijn torsie-balans experiment van 1798 een waarde van 5,5 g/cm3, binnen 1% van de totale dichtheid van de Aarde.Seismische metingen tonen aan dat de kern in twee delen is verdeeld, een “vaste” binnenkern met een straal van ≈1,220 km en een vloeibare buitenkern die zich daarbuiten uitstrekt tot een straal van ≈3,400 km. De dichtheden liggen tussen 9.900 en 12.200 kg/m3 in de buitenkern en 12.600-13.000 kg/m3 in de binnenkern.

De binnenste kern werd in 1936 ontdekt door Inge Lehmann en algemeen wordt aangenomen dat deze voornamelijk uit ijzer en wat nikkel bestaat. Aangezien deze laag in staat is afschuifgolven (transversale seismische golven) over te brengen, moet zij vast zijn. Experimenteel bewijsmateriaal is soms niet in overeenstemming met de huidige kristalmodellen van de kern. Andere experimentele studies laten een discrepantie zien onder hoge druk: diamanten aambeeldstudies (statisch) bij kerndrukken geven smelttemperaturen die ongeveer 2000 K lager zijn dan die van schoklaserstudies (dynamisch). De laserstudies creëren plasma, en de resultaten suggereren dat het beperken van de condities van de binnenkern zal afhangen van de vraag of de binnenkern een vaste stof is of een plasma met de dichtheid van een vaste stof. Dit is een gebied van actief onderzoek.

In de vroege stadia van de vorming van de Aarde, ongeveer 4,6 miljard jaar geleden, zouden door smelten dichtere stoffen naar het centrum zijn gezonken in een proces dat planetaire differentiatie wordt genoemd (zie ook de ijzerkatastrofe), terwijl minder dichte materialen naar de korst zouden zijn gemigreerd. Men denkt dus dat de kern grotendeels bestaat uit ijzer (80%), samen met nikkel en één of meer lichte elementen, terwijl andere dichte elementen, zoals lood en uranium, ofwel te zeldzaam zijn om van betekenis te zijn, ofwel de neiging hebben zich te binden aan lichtere elementen en dus in de korst blijven (zie felsische materialen). Sommigen hebben betoogd dat de binnenkern de vorm kan hebben van een enkel ijzerkristal.

Onder laboratoriumomstandigheden werd een monster van een ijzer-nikkel legering aan de kernachtige druk onderworpen door het in een bankschroef tussen 2 diamantuiteinden te klemmen (diamant aambeeld cel), en het vervolgens te verhitten tot ongeveer 4000 K. Het monster werd met röntgenstraling geobserveerd, en ondersteunde sterk de theorie dat de binnenkern van de Aarde bestond uit reusachtige kristallen die van noord naar zuid liepen.

De vloeibare buitenkern omgeeft de binnenkern en bestaat vermoedelijk uit ijzer vermengd met nikkel en sporen van lichtere elementen.

Sommigen hebben gespeculeerd dat het binnenste deel van de kern verrijkt is met goud, platina en andere siderofiele elementen.

De samenstelling van de Aarde vertoont sterke overeenkomsten met die van bepaalde chondriet-meteorieten, en zelfs met sommige elementen in het buitenste deel van de Zon. Al in 1940 gingen wetenschappers, waaronder Francis Birch, er in de geofysica van uit dat de Aarde lijkt op gewone chondrieten, het meest voorkomende type meteoriet dat op de Aarde is ingeslagen. Dit gaat voorbij aan de minder overvloedige enstatiet chondrieten, die gevormd zijn onder extreem beperkte beschikbaarheid van zuurstof, waardoor bepaalde normaal oxiderende elementen geheel of gedeeltelijk voorkomen in het legeringsgedeelte dat overeenkomt met de kern van de Aarde.

Dynamo theorie suggereert dat convectie in de buitenkern, gecombineerd met het Coriolis effect, aanleiding geeft tot het magnetisch veld van de Aarde. De vaste binnenkern is te heet om een permanent magnetisch veld te houden (zie Curietemperatuur), maar werkt waarschijnlijk om het magnetisch veld te stabiliseren dat door de vloeibare buitenkern wordt opgewekt. Het gemiddelde magnetische veld in de buitenkern van de Aarde wordt geschat op 25 Gauss (2,5 mT), 50 keer sterker dan het magnetische veld aan het oppervlak.

Recent bewijs heeft gesuggereerd dat de binnenkern van de Aarde iets sneller kan draaien dan de rest van de planeet; in 2005 schatte een team van geofysici dat de binnenkern van de Aarde ongeveer 0,3 tot 0,5 graden per jaar sneller draait; recentere studies in 2011 ondersteunden deze hypothese echter niet. Andere mogelijke bewegingen van de kern zijn oscillerend of chaotisch.

De huidige wetenschappelijke verklaring voor de temperatuurgradiënt van de Aarde is een combinatie van overgebleven warmte van de aanvankelijke vorming van de planeet, verval van radioactieve elementen, en bevriezing van de binnenkern.