地球的分层结构基本上是按地震波（P和S）的传播速度划分的。地震时，震源辐射出两种地震波，纵波P和横波S。地球上层有显着的横向不均匀性：大陆地壳和海洋地壳的厚度大不相同，海水只覆盖着2/3的地面。它们各以不同的速度向四围传播经过不同的时间到达地面上不同的地点。若在地面上记录到P和S的传播时间随震中距离的变化，就可以推算地下不同深度地震波的传播速度υp和υs。地球内部的分层就是由地震波速度分布定义的，在海水之下，地球最上层叫做地壳，厚约几十千米。地壳以下直对地核这部分统称为地幔，地幔内部又有许多层次。地壳与地幔的边界是一个明显的间断面，称为M界面或莫霍界面。界面以下约到会80千米的深度，速度变化不大，这部分叫做盖层，再往下，速度明显降低，直到约220千米深度才又回升这部分叫低速带，以下直到2891千米深度叫做下地幔，核幔边界是一个极明显的间断面。进入地核，S波消失所以地球外核是液体，到了5149.5千米的深度，S波又出现，便进入了地球内核。由地球的速度和密度的分布可以计算出地球内部的两个弹性常数、压力和重力加速度的分布。在地幔中，重力加速度g的变化很小，只是过了核幔边界才向地心递减至零，在核幔边界处的压力为1.36兆巴，在地心处为3.64兆巴。这是地球南极洲的照片，是由多张由伽利略探测器拍摄的照片拼合而成的地震波的速度和密度分布对于地球内部的物质组成是一个限制条件，地球核有约90%是由铁镍合金组成的，但还含有约10%的较轻物质；可能是硫或氧。关于地幔的矿物组成，现在还存在分歧意见。地壳中的岩石矿物是由地幔物质分异而成的，火山活动和地幔物质的喷发表明地幔的主要矿物是橄榄岩。地震波速度的数据表明在内400、500和谐500千米的深度，波速的梯度很大这可解释为矿物相变的结果。在内400千米的深处，橄榄石相变为尖晶石的结构，而辉石则熔入石榴石，在500千米的深度，辉石也分解为尖晶石和超石英的结构，在650千米深度下，这些矿物都为钙钛矿和氧化物结构，在下地幔最下的200千米中，物质密度有显着增加。这个区域有无铁元素的富集还是一个有争论的问题。
地球的起源和演化
实际上地球的起源和演化问题，也就是太阳系的起源和演化问题。早期的假说主要分两大派：以康德和拉普拉斯为代表的渐变派和以G.L.L.布丰为代表的突变派。渐变派认为太阳系是由高温的旋转气体逐渐冷却而成的；突变派主张太阳系是由此及彼2个或3个恒星发生碰撞或近距离吸引而产生的。早期的假说主要企图解释一些天文事实，如行星轨道的规律性，内行星和外行星的区别，太阳系中角动量的分布等。在全面解释上述观测事实时，两派都遇到许多困难。早期地球从20世纪40年代中期起，人们逐渐倾向于太阳系起源于低温的固体尘埃的观点。较早的倡议者魏茨泽克、施米特和尤里认为行星不是由高温气体凝固而成，而是由温度不高的固体尘物质积聚而成的。地球形成时基本上是各种石质物体和尘、气的混合物积聚而成的。初始地球的平均温度估计不超过1000℃。由于长寿命放射性元素的衰变和引力势能的释放，地球的温度逐渐升高。当温度超过铁的熔点时，原始地球中的铁元素就化成液木卫二“爱莪”是早期地球缩影态，由于密度大就流向地球的中心部分，从而形成了地核。地球内部温度继续升高使地幔局部熔化，引起了化学分异，促进了地壳形成。海洋和大气都不是地球形成时就有的，而是次生的。因为原始地球不可能保持大气和水。海洋是地球内部增温和分异的结果。原始大气是从地球内部放出的，是还原性的。直到绿色植物出现后，大气中才逐渐积累了自由氧，在漫长的地质年代中逐渐形成现在的大气。
地球的年龄
由岩石和矿物所含的放射性同位素可以测定地球的年龄。但是这样免不了对地球的初始状态做一些假设，根据岩石矿物中和陨石中铅同位素的精密分析，现在一般都接受的地球年龄约为46亿年。对地球起源和演化问题进行系统的科学研究始于十八世纪中叶，至今已经提出多种学说。现在流行的看法是：地球作为一个行星，远在46亿年以前起源于原始太阳星云。它同其他行星一样，经历了吸积、碰撞这样一些共同的物理演化过程。地球胎形成伊始，温度较低，并无分层结构，只是由于陨石物质的轰击、放射性衰变致热和原始地球的重力收缩，才使地球温度逐渐增加。随着温度的升高，地球内部物质也就具有越来越大的可塑性，且有局部熔融现象。这时，在重力作用下物质分异开始，靠近表面的较重物质逐渐下沉，地球内部较轻的物质逐渐上升，一些重的元素（如液态的铁）沉到地球中心，形成一个密度较大的地核（地震波的观测表明，地球外核是液态的）。物质的对流伴随着大规模的化学分离，最后地球就逐渐形成现今的地壳、地幔和地核等层次。在地球演化早期，原始大气逃逸殆尽。伴随着物质的重新组合和分化，原先在地球内部的各种气体上升到地表成为第二代大气；后来，因绿色植物的光合作用，进一步发展成为现在的大气。另一方面，地球内部温度升高，使内部结晶水汽化。随着地表温度逐渐下降，气态水经过凝结、降雨落到地面形成水圈。约在三、四十亿年前，地球上开始出现单细胞生命，然后逐步进化为各种各样的生物，直到人类这样的高级生物，构成了一个生物圈。
大气层
大气层是在地球引力作用下，大量气体聚集在地球周围所形成的包层。大气随着地球运动，日、月的引力也对它起着潮汐作用。大气层对地面的物理状况和生态环境有决定性的影响，地球大气的质量约占地球总质量的百万分之一。大气密度随高度的增加而下降，大气总质量的90％集中在离地表15公里高度以内，99.9％在50公里高度以内。在2，000公里高度以上，大气极其稀薄，逐渐向行星际空间过渡，而无明显的上界，地球大气的密度、温度、压力、化学组成等都随高度变化，可以按照大气的温度分布、组成状况、电离程度这些不同参数，对地球大气进行分层。
大气层的分层
按大气温度随高度的分布可以分为：
对流层：靠地表的底层大气，对流运动显着。其厚度因纬度、季节以及其他条件而异，在赤道区约16～18公里，中纬度区约10～12公里，两极区约7～8公里。一般来说，夏季厚而冬季薄。对流层与地表联系最密切，受地表状况影响最大，大气中的水汽大部分集中于此层，形成云和降水等现象。对流层的上部称为“对流层顶”，厚约几百米到1～2公里。对流层的温度几乎随高度直线下降，到对流层顶时约为零下50摄氏度。
平流层：（又称同温层）由对流层顶到离地表50公里高度的一层，大气主要是平流运动。层内温度随高度增加而略微上升，到约50公里高度处，达到极大值约-10℃～20℃。
中间层：（又称散逸层）高度在离地表50～85公里的一层，温度随高度增加而下降，到离地表高度85公里的中间层顶，温度接近最小值，约为零下摄氏度。
热层：中间层以上的一层，温度随高度增加而上升，在离地表500公里处，即热层顶，达到1100摄氏度左右。这一层的温度因为大气大量吸收太阳紫外辐射而升高。热层顶以上为外大气层。这里的大气已极稀薄。
按大气的组成状况可以分为两层：离地表约100公里以下是均质层（大气由各种气体混合组成）；以上是非均质层。在均质层中离地表10～50公里处，太阳紫外辐射的光化作用产生臭氧，形成臭氧层，这一层的高度大抵与上述平流层相当。在离地表20～30公里处，臭氧浓度最大，不过这部分大气中的臭氧含量仍然不到这一层大气的十万分之一，各种气体依然视为均匀混合的。臭氧层吸收掉危害生命的太阳紫外辐射，使之不能到达地表。原始地球大气圈
按大气的电离程度可以分为两层：从地表到离地表80公里这一层，大气中的分子和原子都处于中性状态，称为中性层。离地表80～1000公里这一层，大气中的原子在太阳辐射（主要是紫外辐射）作用下电离，成为大量正离子和电子，构成电离层。电离分为4层，这些层的高度和电离情况都随一天中的不同时刻、一年中的不同季节和太阳活动程度而发生变化。许多有趣的天文现象，如极光、流星等都发生在电离层中。电离层还能反射无线电短波，从而使地面上可以实现短波无线电通讯。
大气成分
近地表大气中78%为氮，21%为氧，其他还有二氧化碳、氩等多种气体成分以及水汽。水汽是大气中最不稳定的组成部分。在夏季湿热处，水汽在大气中的含量可以达到4％；而在冬季干寒处，它的含量可下降到0.01％。除水汽外，离地表3公里内还有尘埃、花粉、火山灰及流星尘等微粒。地球形成初期的原始大气已不存在，它已全部或大部散逸到空间。后来，由于放射性元素的衰变和所谓“引力致热”，地球处于一种熔化阶段，从而加速了气体从地球内部逸出的过程。地球的引力使这些逸出的大气渐渐积蓄在地球的周围。这种第二代地球大气缺少氧，主要由二氧化碳、一氧化碳、甲烷和氨组成，称为还原大气。后来，主要是绿色植物的光合作用，其次是来自太阳的辐射使水分解为游离氧，从而使还原大气变为以氮和氧为主的氧化大气。有的科学家通过分析赤铁矿中的沉积物，推断出氧存在的时间至少在25亿年以上。从那时起，大气中便含有丰富的游离氧了。
地球的分层
地球是一个非均质体，内部具有分层结构，各层物质的成分、密度、温度各不相同。人们主要通过对地震波来研究地球内部结构。地震波的传播速度与地球内部物质的密度和性质密切相关。在不同性质和状态的介质中，地震波传播速度有显着变化。依据地球内部不同部分的地震波传播速度的资料，可以分析地球内部的结构。分析表明，地球内部存在两个间断面，这两个间断面把地球内部分成三个主要的同心层：地壳、地幔和地核。
地壳又称A层，它的厚度是不均匀的，大陆地壳平均厚度约30多公里（中国青藏高原的地壳厚度可达65公里多），而海洋地壳仅5～8公里。密度为地球平均密度的1/2。大陆地壳上层的成分约在花岗闪长岩和闪长岩之间，下层岩石可能是麻粒岩和闪岩，海洋地壳是橄榄岩。据目前所知，地壳岩石的年龄绝大多数小于20多亿年。这意味着现在地球壳层的岩石不是地球的原始壳层，是以后由地球内部的物质通过火山活动与造山运动而形成的。
地幔的物质密度由近地壳处的每立方厘米3.3克增至近地核处的每立方厘米5.6克，地震波传播的速度也随之增大。地幔分为三层：B、C两层称为上地幔；再往下到2，900公里处称为D层，即下地幔。地幔物质的主要成分可能是同橄榄岩相似的超基性岩。
地核也分为三层：E层是外地核，可能是液体；F层是外地核和内地核之间的过渡层；G层是内地核，可能是固体的。地核虽只占地球体积的16.2％，但由于它的密度相当高（地核中心物质密度达到每立方厘米13克，压力可能超过370万大气压）。根据有些学者计算，它的质量超过地球总质量的31％。地核主要由铁和镍等金属物质构成。这是伽利略探测器1992年再次飞掠地球前往木星进行探测的途中，在距地球620万公里时将镜头调转拍摄的地球与月球的合影
地球卫星
地球是太阳系中唯一已知存在生命的行星。它快速的自转与富含镍铁熔岩的地核共同形成了一个巨大的磁气圈。在太阳风的吹拂下，磁气圈的形状被扭曲成水滴状。它与大气一同担当了阻止来自太阳和其它天体有害射线的任务。地球的大气还使我们免受流星雨的袭击，大多的陨石在它们到达地面前便已烧毁了。人类开始太空探索后，我们已对自己的行星有了更多的认识。人类的第一颗人造地球卫星发现地球周围有一个强烈的辐射区——VanAllen辐射带。这个辐射带是宇宙中高速运动的带电粒子在赤道上空被地球的磁场俘获而形成的一个环状区域。曾经被认为非常平静上层大气，其实是非常活跃的，它在太阳辐射的影响下遵循着热胀冷缩规律。上层大气的这些特性对地球的天气系统有很重要的影响。地球只有一个天然卫星——月球。有人认为小行星3753是地球的另一个卫星，但事实上，尽管它与地球的轨道有着很复杂关系，但还不能称之为卫星。不过现在越来越多的人造卫星被放到了地球轨道上，从某种意义上说地球已经有了成千上万颗卫星。