Densitatea medie a Pământului este de5,515 g/cm3. Deoarece densitatea medie a materialelor de la suprafață este de numai aproximativ 3,0 g/cm3, trebuie să concluzionăm că în interiorul nucleului Pământului există materiale mai dense. acest rezultat este cunoscut încă de la experimentul Schiehallion, realizat în anii 1770. în raportul său din 1778, Charles Hutton a concluzionat că densitatea medie a Pământului trebuie să fie de aproximativ 9 5 {\displaystyle {\tfrac {9}{5}}}.

cea a rocilor de la suprafață, concluzionând că interiorul Pământului trebuie să fie metalic. Hutton a estimat că această porțiune metalică ocupă aproximativ 65% din diametrul Pământului. estimarea lui Hutton cu privire la densitatea medie a Pământului era încă cu aproximativ 20% prea mică, la 4,5 g/cm3. Henry Cavendish, în experimentul său cu balanța de torsiune din 1798, a găsit o valoare de 5.45 g/cm3, la mai puțin de 1% din valoarea modernă.Măsurătorile seismice arată că nucleul este împărțit în două părți, un nucleu interior „solid” cu o rază de ≈1.220 km și un nucleu exterior lichid care se extinde dincolo de acesta până la o rază de ≈3.400 km. Densitățile sunt cuprinse între 9.900 și 12.200 kg/m3 în nucleul exterior și 12.600-13.000 kg/m3 în nucleul interior.

Nucleul interior a fost descoperit în 1936 de Inge Lehmann și se crede, în general, că este compus în principal din fier și ceva nichel. Deoarece acest strat este capabil să transmită unde de forfecare (unde seismice transversale), el trebuie să fie solid. Dovezile experimentale au fost uneori în contradicție cu modelele cristaline actuale ale nucleului. Alte studii experimentale arată o discrepanță la presiuni ridicate: studiile cu nicovală de diamant (statice) la presiuni în miez dau temperaturi de topire care sunt cu aproximativ 2000 K mai mici decât cele din studiile cu laser de șoc (dinamice). Studiile cu laser creează plasmă, iar rezultatele sugerează că limitarea condițiilor din interiorul nucleului va depinde de faptul dacă nucleul interior este un solid sau este o plasmă cu densitatea unui solid. Acesta este un domeniu de cercetare activă.

În etapele timpurii ale formării Pământului, în urmă cu aproximativ 4,6 miliarde de ani, topirea ar fi făcut ca substanțele mai dense să se scufunde spre centru într-un proces numit diferențiere planetară (vezi și catastrofa fierului), în timp ce materialele mai puțin dense ar fi migrat spre crustă. Astfel, se crede că nucleul este compus în mare parte din fier (80%), împreună cu nichel și unul sau mai multe elemente ușoare, în timp ce alte elemente dense, cum ar fi plumbul și uraniul, fie sunt prea rare pentru a fi semnificative, fie au tendința de a se lega de elemente mai ușoare și, astfel, rămân în crustă (vezi materiale felsice). Unii au susținut că nucleul interior ar putea fi sub forma unui singur cristal de fier.

În condiții de laborator, o mostră de aliaj de fier-nichel a fost supusă presiunilor asemănătoare unui nucleu prin prinderea ei într-o menghină între 2 vârfuri de diamant (celulă cu nicovală de diamant), apoi încălzită la aproximativ 4000 K. Proba a fost observată cu raze X și a sprijinit puternic teoria conform căreia nucleul interior al Pământului a fost alcătuit din cristale gigantice care merg de la nord la sud.

Nucleul exterior lichid înconjoară nucleul interior și se crede că este compus din fier amestecat cu nichel și urme de elemente mai ușoare.

Cei care au speculat că partea cea mai interioară a nucleului este îmbogățită în aur, platină și alte elemente siderofile.

Compoziția Pământului prezintă asemănări puternice cu cea a anumitor meteoriți condriți și chiar cu unele elemente din partea exterioară a Soarelui. Începând încă din 1940, oamenii de știință, inclusiv Francis Birch, au construit geofizica pe premisa că Pământul se aseamănă cu condritele obișnuite, cel mai comun tip de meteorit observat la impactul cu Pământul. Acest lucru ignoră condritele enstatite, mai puțin abundente, care s-au format în condiții de oxigen disponibil extrem de limitat, ceea ce a dus la faptul că anumite elemente în mod normal oxifile există fie parțial, fie în întregime în porțiunea de aliaj care corespunde miezului Pământului.

Teoria dinamovică sugerează că convecția din miezul exterior, combinată cu efectul Coriolis, dă naștere câmpului magnetic al Pământului. Nucleul interior solid este prea fierbinte pentru a menține un câmp magnetic permanent (vezi temperatura Curie), dar probabil acționează pentru a stabiliza câmpul magnetic generat de nucleul exterior lichid. Se estimează că câmpul magnetic mediu din nucleul exterior al Pământului măsoară 25 Gauss (2,5 mT), de 50 de ori mai puternic decât câmpul magnetic de la suprafață.

Dovezile recente au sugerat că nucleul interior al Pământului s-ar putea roti puțin mai repede decât restul planetei; în 2005, o echipă de geofizicieni a estimat că nucleul interior al Pământului se rotește cu aproximativ 0,3 până la 0,5 grade pe an mai repede.; Cu toate acestea, studii mai recente din 2011 nu au susținut această ipoteză. Alte mișcări posibile ale nucleului să fie oscilatorii sau haotice.

Explicația științifică actuală pentru gradientul de temperatură al Pământului este o combinație între căldura rămasă de la formarea inițială a planetei, dezintegrarea elementelor radioactive și înghețarea nucleului interior.

.