Földkéreg a Föld legkülső, változó vastagságú szilárd, rideg rétege, amely a kontinensek alatt vastagabb, az óceánok alatt vékonyabb. A kontinentális kéreg bonyolult szerkezetű, és a Föld különböző területein eltérő felépítésű. Felső része szilikátokban gazdag. Jellegzetes kőzete alapján gránitos kéregnek nevezzük. Alatta található a szilikátokban szegényebb, fémekben gazdagabb és sűrűbb bazaltos-gabbrós kéreg. A kontinentális kéreg átlagosan 35-40 km vastag, de a hegységek roppant tömege alatt vastagsága eléri a 70-90 km-t is. Az óceáni kéreg egyszerűbb felépítésű, mert az óceánok alatt hiányzik a kisebb sűrűségű gránitos réteg. Az óceáni kéreg mindenütt a fémes elegyrészekben gazdagabb, szilikátokban szegényebb kőzetekből (bazalt, gabbró) áll. Az óceánok alatt a kéreg vastagsága mindössze 7-11 km.
Földköpeny: a kéreg alatt található gömbhéj, amely mintegy 2850 km mélységben ér véget. A szilárd köpeny kevés szilikátot és sok vasat, magnéziumot tartalmazó ásványokból áll. Külső mag: maghéjnak is nevezik ezt az 1800 km vastag, folyékony fémekből (pl. vasból, nikkelből) álló gömbhéjat. Belső mag: a külső és a belső mag határa 4700 és 5100 km között húzódik, a határfelület pontos mélységét még nem ismerjük. A belső mag szilárd, vasból és nikkelből áll.
Azt már régóta tudjuk, hogy bolygónk szilárd kérge alatt olvadt anyag van, aminek a mélység felé fokozatosan emelkedik a hőmérséklete és a nyomása. A Föld belső hőmérséklete a mélység felé haladva fokozatosan nő. Jelenlegi ismereteink szerint a Föld belső hőjének egy része radioaktív anyagok (pl. uránium, tórium) bomlásából származik. A geotermikus gradiens, azaz a 100 méterenkénti hőmérséklet-változás földi átlagértéke 3 °C.
A legmélyebb ismert barlang 2 km-nyi lejutást enged meg a Kaukázusban, a Föld legmélyebb bányavágata Dél-Afrikában 4 km, a hőmérseklet itt 55°C-os. A legnagyobb kutatófúrás megközelítette a 13 km-es mélységet.
Izlandon a lakásokat majdnem teljes egészében a Föld mélyéből származó forró vízzel fűtik. Új-Zéland is gazdag geotermikus energiában. Hazánkban sok meleg vizű fürdő (pl. Bogács, Bük, Hévíz, Egerszalók) bizonyítja, hogy gazdagok vagyunk magas hőmérsékletű termálvizekben. Lakótelepek (pl. Szeged) és üvegházak (pl. Szentes) fűtésére is hasznosítjuk a Föld mélyében rejtőző energiát.
A szilárd kőzetburok alatt az anyag a magas hőmérséklet és a nagy nyomás hatására viszonylag képlékeny állapotban van, amely 250 km mélységig húzódik. Ezt asztenoszférának nevezik. A merev, szilárd kőzetburok ezen a képlékeny köpenyen úszik. Ha megvastagszik a kis sűrűségű kontinentális lemez, akkor felfelé mozog, ha vékonyodik, akkor süllyed. A folyamatot idegen szóval izosztáziának nevezik. A belső hő tartja mozgásban a felszínt alakító hő- és anyagáramlásokat (pl. a lemezmozgásokat, a vulkanizmust).
A Föld felépítésében (külső mag) részt vevő vastartalmú fémolvadékok áramlásai miatt mágneses tér veszi körül a bolygónkat. A Föld mágnes tengelyének felszíni döféspontja, a mágneses pólus nem esik egybe a Föld forgástengelyének felszíni döféspontjával, a csillagászati pólussal. Az iránytűvel meghatározott észak–déli irány tehát eltér a földrajzi észak–déli iránytól. Ez az eltérés a mágneses deklináció (mágneses elhajlás).
A világ legmélyebb fúrását az oroszok 1970-ben kezdték meg a Kola-félszigeten 1989-ben elérte a 12262 méter mélységet, ami legmélyebb ember alkotta mélyfúrás. Úgy számoltak, hogy még 1990-ben elérik a 13000 métert és 1993-ban a tervezett 15000 métert. Ezzel szemben, mivel a hőmérséklet a várt 100 °C helyett 180 °C értékre emelkedett, a további mélyítést megvalósíthatatlannak ítélték és a munkát 1992-ben leállították. Számítások szerint a tervezett 15000 méteren a hőmérséklet 300 °C-ra nőtt volna, ezen a hőmérsékleten pedig a fúrófej már nem működött volna. Az orosz szupermély fúrás a Balti-pajzs archaikum eonban (4–2,5 milliárd évvel ezelőtt) keletkezett kőzeteibe hatolt be. Kiderült, hogy a várakozásokkal ellentétben 3–6 kilométer mélyen nincs gránitból bazaltos kőzetekbe való átmenet, mint ahogy arra a szeizmikus mérések utaltak, ehelyett a jelet metamorf rétegek eredményezték. Emellett a kőzetek repedései vizet tartalmaztak, ami a kutatók szerint a környező kőzetek ásványaiból származhatott. Szintén váratlan volt, hogy több mint 6 kilométerrel a felszín alatt plankton mikrofosszíliákra bukkantak, amelyek a magas hőmérséklet és nyomás ellenére jó állapotban maradtak meg.
Az akkori orosz fúrófejek nagyobb terhelést is elbírtak volna, ráadásul azóta a technika rengeteget fejlődött, de nem történtek további mélyítések a járatban. A fúrás során ugyanis valami olyasmire bukkantak, amire nem lett volna szabad. A fúrófej ugyanis egy adott mélységnél valami nagyon kemény tárgyba ütközött, majd mikor már majdnem megadta magát az egész fúrófej, hirtelen megszűnt az ellenhatás. Úgy tűnt, hogy a fúróval egy hatalmas földalatti üregbe futottak bele. Miután a hangfelvételeket meghallgatták, teljesen meghűlt az ereikben a vér, a felvételeken ugyanis ezernyi ember fájdalmas üvöltése hallatszott. Jól kivehető az emberi fül számára is, hogy férfiak és nők sokasága sikoltozik. A felvétel végig visszhangos, ami nem annak köszönhető, hogy az 1977-es technika ennyire torzított volna, hanem valószínűleg az üreg falairól visszaverődő valódi visszhangok miatt. Aki csak meghallgatta a geológusok közül, mind mély megdöbbenéssel és tanácstalansággal viszonyultak a felvételhez. Izgalom uralkodott el a táboron. Mindenki meghallgatta és sokan ki is mondták, hogy szerintük a pokolban kínlódó emberek tömegének hangját hallják a felvételen. Azon az éjjelen a furatból, hirtelen nagy nyomással füst tört fel a magasba. Pár másodpercig tartott a jelenség és a füstből egy denevérszárnnyal rendelkező több méteres lény csapott hirtelen a táborra. Körözött a megzavarodott emberek felett és élvezte, hogy félnek tőle. Majd elrepült az éjszakában. Ezek után az oroszok nem folytatták a fúrást és elhagyták a bázist.
Mivel a Föld belső magja nem elérhető de a nukleáris kísérletek által keltett szeizmikus hullámokból következtetünk tulajdonságaira. A Föld szilárd belső magja más irányba és más sebességgel is mozoghat, mint a Föld maga, és néhány évtizedenként irányt változtathat. Az 1970-es évek elején a Föld felszínén álló személyhez képest a belső mag nem forgott. Ettől kezdve a belső mag fokozatosan gyorsabban forgott keleti irányba, és végül megelőzte a Föld felszínének forgási sebességét. Ezt követően a belső mag forgása lelassult, míg végül úgy tűnt, hogy valamikor 2009 és 2011 között megállt. Mostanában újabb ciklus kezdődik – nyugati irányba kezd el forogni a Föld felszínéhez képest, ezután felgyorsul, majd lelassul, végül 2040-re újra megáll. Ez a 70 éves ciklus Föld mágneses mezejének elmozdulását okozhatja, akár egy nap hosszának csekély mértékű megváltozását, melyről ismert, hogy hatévente a milliszekundum töredékével nő, illetve csökken.
Az utóbbi évek méréseiből arra a megállapításra jutottunk, hogy a Föld magjától a köpenyig nagyobb a hőáromlás az eddig véltnél. Ez oda vezethet, hogy a lemez-tektonika, amelyet a köpeny konvekciós mozgásai tartanak fenn, gyorsabban gyengül, lassul, mint azt korábban feltételezték. Eredményeink új fényt vetnek a Föld dinamikájának változására. Arra utalnak, hogy a Föld más kőzetbolygókhoz, például a Marshoz hasonlóan a vártnál sokkal gyorsabban hűl ki és válik inaktívvá.
Hosszú munkával sikerült laboratóriumban olyan körülményeket előállítani, mint a belső magban. Ez 4000 Celsius-fokot és 3,45 millió atmoszférás nyomás jelent. Egyedül a gyémánt olyan kemény, hogy kibírja ezt a nyomást. Ilyen állapotban a gyémántot röntgensugárral világították át, hogy képet kapjanak a szerkezetéről. A gyémánt felszínene parányi kristályokból áll, azonban a Föld magjában csodás változások történnek – a különálló kristályok óriásivá nőhetnek, az évmilliók alatt akár tíz kilométeresre is nőhetnek. A fizikusok úgy képzelik el, mintha egy fenyőerdő felett repülnénk. De minden fa egyetlen kristály, és magas. Ez alkotja a Föld belső magját úgy, hogy a kristályok az Északi-sark felé mutatnak.
A mag hőjét egyrészt a radioaktív elemek bomlása táplálja, másrészt ez még a bolygó keletkezésekor történt ütközésekből származó energia. Ahogy az olvadt fémmag hője elszökik, ez mozgásra kényszeríti az olvadt fémtömegeit. Ez a mozgás az elektromágnese indukció révén hozza létre a Földet védő mágneses mezőt. Hogy ezt a folyamatot szimulálni tudják, egy gömbben 13 tonna folyékony nátriumot helyeztek el, és ezt óránkénti 135 kilométeres sebességgel pörgetik. Itt megfigyelhetik a kialakuló áramlásokat, forgómozgásokat. A gömbben is turbulenciák, igen bonyolult örvényrendszerek alakulnak ki, hasonlóan a földfelszíni időjáráshoz. Ezek az örvénylések elképesztően bonyolult rendszert hoznak létre. Ezek keltik a mágnese teret, és az örvénylés változása okozza a magnetoszféra folyamatos változását. Az egész olyan, mint egy folyékony dinamó.