Informacija apie Žemės gelmes gaunama registruojant ir analizuojant seismines bangas. Šios bangos, kylančios žemės drebėjimų metu, sklinda per uolienas ir yra fiksuojamos seismografais. Analizuojant P ir S bangų sklidimo greitį ir laiką, nustatomas uolienų tankis ir sudėtis įvairiuose gyliuose. Staigūs bangų lūžiai ar atspindžiai rodo ribas tarp skirtingų Žemės sluoksnių.

Egzistuoja du pagrindiniai seisminių bangų tipai: P (išilginės) bangos ir S (skersinės) bangos. P bangos gali sklisti per kietas medžiagas, skysčius ir dujas, o S bangos – tik per kietas medžiagas. Šis skirtumas yra esminis nustatant Žemės branduolio būseną. Centrinė Žemės dalis nepraleidžia S bangų, o tai rodo, kad išorinis branduolys yra skystas. Šešėlinė zona, kurioje nefiksuojamos nei P, nei S bangos, susidaro dėl P bangų lūžio branduolyje. Silpni signalai šešėlinėje zonoje (tik P bangos) rodo kietojo vidinio branduolio buvimą.

Remiantis seisminiais ir kitais tyrimais, Žemė yra sudaryta iš kelių koncentrinių sluoksnių: žemės plutos, mantijos ir branduolio. Žemės pluta yra ploniausias ir kiečiausias sluoksnis, skirstomas į žemyninę (storesnę, sudarytą iš silicio ir aliuminio) ir vandenyninę (plonesnę, sudarytą iš silicio ir magnio). Mantija – didžiausias tūrio atžvilgiu sluoksnis, sudarytas iš įkaitusių, tirštų uolienų (magmos). Branduolys skirstomas į skystą išorinį ir kietą vidinį, abu sudaryti daugiausia iš geležies ir nikelio.

Nors giliausia šachta siekia 3800 m, o giliausias gręžinys – 12 262 m, tai yra labai mažai, lyginant su Žemės skersmeniu (12 735 km). Žmonėms kol kas nepavyko tiesiogiai pasiekti didesnio gylio, todėl žinios apie vidinę planetos sandarą gaunamos netiesioginiais metodais.