Den genomsnittliga densiteten på jorden är5,515 g/cm3. Eftersom den genomsnittliga densiteten av ytmaterial endast är omkring 3,0 g/cm3 måste vi dra slutsatsen att det finns tätare material i jordens kärna. detta resultat har varit känt sedan Schiehallion-experimentet, som utfördes på 1770-talet. Charles Hutton drog i sin rapport från 1778 slutsatsen att jordens genomsnittliga densitet måste vara omkring 9 5 {\displaystyle {\tfrac {9}{5}}}

den för bergarter på ytan och drog slutsatsen att jordens inre måste vara metalliskt. Hutton uppskattade att denna metalliska del skulle uppta cirka 65 % av jordens diameter.Huttons uppskattning av jordens medeltäthet var fortfarande cirka 20 % för låg, nämligen 4,5 g/cm3.Henry Cavendish fann i sitt torsionsvågsexperiment från 1798 ett värde på 5.45 g/cm3, inom 1 % av det moderna värdet.Seismiska mätningar visar att kärnan är uppdelad i två delar, en ”fast” inre kärna med en radie på ≈1 220 km och en flytande yttre kärna som sträcker sig bortom den till en radie på ≈3 400 km. Densiteterna ligger mellan 9 900 och 12 200 kg/m3 i den yttre kärnan och 12 600-13 000 kg/m3 i den inre kärnan.

Den inre kärnan upptäcktes 1936 av Inge Lehmann och anses allmänt bestå främst av järn och lite nickel. Eftersom detta lager kan överföra skjuvvågor (tvärgående seismiska vågor) måste det vara fast. Experimentella bevis har ibland varit oförenliga med de nuvarande kristallmodellerna för kärnan. Andra experimentella studier visar på en diskrepans under högt tryck: Studier med diamantambos (statiska studier) vid tryck i kärnan ger smälttemperaturer som ligger cirka 2 000 K under de temperaturer som erhålls vid studier med chocklaser (dynamiska studier). Laserstudierna skapar plasma, och resultaten tyder på att det för att begränsa förhållandena i den inre kärnan kommer att bero på om den inre kärnan är en fast substans eller om den är en plasma med densitet som en fast substans. Detta är ett område för aktiv forskning.

I tidiga skeden av jordens bildning för cirka 4,6 miljarder år sedan skulle smältning ha fått tätare ämnen att sjunka mot centrum i en process som kallas planetär differentiering (se även järnkatastrofen), medan mindre täta material skulle ha vandrat till jordskorpan. Kärnan tros därför till stor del bestå av järn (80 %), tillsammans med nickel och ett eller flera lätta grundämnen, medan andra täta grundämnen, som bly och uran, antingen är för sällsynta för att vara betydelsefulla eller tenderar att binda sig till lättare grundämnen och därmed stanna kvar i skorpan (se felsiska material). Vissa har hävdat att den inre kärnan kan ha formen av en enda järnkristall.

Under laboratorieförhållanden utsattes ett prov av järn-nickellegering för det kärnliknande trycket genom att det greps i ett skruvstäd mellan två diamantspetsar (diamantamboscell) och sedan värmdesattes till cirka 4000 K. Provet observerades med röntgenstrålar och gav starkt stöd för teorin att jordens inre kärna bestod av jättekristaller som löpte från norr till söder.

Den flytande yttre kärnan omger den inre kärnan och tros bestå av järn blandat med nickel och spår av lättare grundämnen.

En del har spekulerat i att den innersta delen av kärnan är berikad med guld, platina och andra siderofila grundämnen.

Den jordiska jordens sammansättning uppvisar starka likheter med sammansättningen i vissa chondritmeteoriter, och till och med med med vissa grundämnen i den yttre delen av solen. Redan 1940 byggde forskare, däribland Francis Birch, geofysiken på förutsättningen att jorden liknar vanliga chondriter, den vanligaste typen av meteorit som observerats vid nedslag på jorden. Detta ignorerar de mindre rikliga enstatitkondriterna, som bildades under extremt begränsat tillgängligt syre, vilket leder till att vissa normalt syrofila grundämnen existerar antingen delvis eller helt i den del av legeringen som motsvarar jordens kärna.

Dynamoteorin föreslår att konvektion i den yttre kärnan, i kombination med corioliseffekten, ger upphov till jordens magnetfält. Den fasta inre kärnan är för varm för att hålla ett permanent magnetfält (se Curie-temperatur) men verkar troligen för att stabilisera det magnetfält som genereras av den flytande yttre kärnan. Det genomsnittliga magnetfältet i jordens yttre kärna beräknas mäta 25 Gauss (2,5 mT), vilket är 50 gånger starkare än magnetfältet vid ytan.

Nyligen framkomna bevis har antytt att jordens inre kärna kan rotera något snabbare än resten av planeten; 2005 uppskattade ett team av geofysiker att jordens inre kärna roterar ungefär 0,3 till 0,5 grader per år snabbare; nyare studier från 2011 stödde dock inte denna hypotes. Andra möjliga rörelser i kärnan vara oscillerande eller kaotiska.

Den nuvarande vetenskapliga förklaringen till jordens temperaturgradient är en kombination av värme som finns kvar från planetens ursprungliga bildning, sönderfall av radioaktiva element och frysning av den inre kärnan.

.