La Terre, selon ses couches, présente plusieurs aspects : solide, liquide ou plastique1,2.

La surface de la Terre est appelée « croûte » ou « écorce ». De hauteur variable au-dessus du niveau de la mer3, il en existe deux types : la croûte continentale (contenant du silicium et de l'aluminium), composée essentiellement de granite et très hétérogène2, et la croûte océanique (formée de silicium et de magnésium), plutôt constituée de basalte1. La première peut être épaisse de 30 à 100 km, la seconde seulement de 5 km en moyenne4. Elle compose seulement 2 % du volume total de la Terre1 et elle est entièrement solide2.

Sous la croûte se trouve le manteau, divisé en trois couches : le manteau supérieur, formé de roches solides ou liquides3,2, mesure près de 2 800 km d'épaisseur au total ; le manteau externe (le plus proche de la surface) est épais d'environ 650 km, et le manteau inférieur, plus solide, de 2 200 km2. Il représente 81 % du volume de la planète1. La partie plastique du manteau supérieur est appelée « asthénosphère »1. Au-dessus, le reste du manteau et la croûte forment la lithosphère1, qui peut atteindre 300 km de profondeur sous les continents (puisque la croûte océanique est beaucoup plus fine)2. C'est généralement dans le manteau que se forme le magma.

Plus profond que le manteau se trouve le noyau, composé de fer et de nickel3,2, qui est lui aussi divisé en deux parties.

Le noyau externe, essentiellement constitué de fer, atteint une température de 4000 °C ; il est liquide1 et il est à l'origine du champ magnétique de la Terre2. Au fil des millénaires, le noyau externe perd du volume, car il se solidifie ; il fait alors partie du noyau interne2.

Au centre de la Terre, on trouve le noyau interne, aussi appelé « graine », qui est apparemment solide, même si ce n'est pas tout à fait certain5. La température y atteint 5 500 °C6 et la pression y est très forte, ce qui explique qu'il ne soit pas liquide malgré la température qui y règne. Le noyau entier représente 17 % du volume terrestre1.

En géologie, on appelle « discontinuité » un contraste de densité entre deux couches. Il y en a 31 :

L'intérieur de la Terre est donc constitué d'un certain nombre de couches superposées, qui se distinguent par leur état solide, liquide ou plastique, ainsi que par leur densité. Comment savons-nous cela ? C'est par une sorte d'échographie de l'intérieur de la Terre qui a été établie à partir du comportement des ondes sismiques lors des tremblements de terre.

La température, de plus en plus grande en profondeur, s'explique en partie par la radioactivité : 50 % de cette chaleur est en effet produite par la désintégration d'uranium, de thorium et de potassium. Une autre partie de la chaleur est issue de l'énergie dégagée lors de la formation de la planète. Elle y atteint 5500 °C selon une estimation de 20136. Mais plus c'est profond, moins c'est précis.

La plus grande profondeur atteinte par des spéléologues est de 2 000 mètres. La mine la plus profonde du monde a atteint 3 500 mètres en Afrique du Sud en 2002.

Un autre moyen d'exploration des profondeurs terrestres est le forage : on peut ainsi atteindre plus d'une dizaine de kilomètres sous la surface. Les forages ont permis de confirmer la composition de la croûte terrestre et la température atteinte en profondeur (environ 300 °C à 10 kilomètres de profondeur). En revanche, aucun forage n'a dépassé le Moho (discontinuité de Mohorovicic)1.

Seules les couches les moins profondes de la terre peuvent donc être explorées. Les autres sont connues par d'autres moyens, comme par une sorte d'écho lors des tremblements de terre. C'est la technique de la sismographie (l'étude des séismes en direct). Au cours du XXe siècle, elle a permis d'entièrement revoir la vision qu'on avait du cœur de la planète et de définir les différentes densités des couches qui la composent1.

Dès l'Antiquité, des scientifiques ont essayé de démontrer que la planète était composée de différentes couches, mais leurs théories n'ont pas rencontré de succès, car elles se basaient surtout sur ce qu'il y avait de visible de la Terre : volcanisme, séismes, relief...D'autres scientifiques ont développé leurs théories à partir de croyances, comme celle du Déluge.

Plus tard, les scientifiques font des expérimentations pour vérifier leurs hypothèses. À cette époque, la définition du scientifique est très large : elle comprend des mathématiciens, des philosophes et même des théologiens. Puis, plus tard, des naturalistes, des physiciens et des géologues s'intéresseront à la structure de la Terre, et ce sont eux qui feront le plus avancer les connaissances dans ce domaine.

Au IVe siècle avant Jésus-Christ, Aristote pense que la planète est constituée de terre et de roche entourées d'eau, puis d'air (le ciel). C'est relativement juste, mais il imagine ensuite une couche de feu (l'atmosphère), ce qui est faux ; à quelques kilomètres d'altitude, on trouve des gaz et des températures extrêmes (froid ou chaud), mais pas de feu. Les savants de l'époque pensaient aussi que la Terre se tenait en équilibre dans un univers sphérique, qu'elle n'était composée que de terre et que l'air s'en échappant provoquait les tremblements de terre et les volcans7. La théorie d'Aristote concernant la structure interne de la planète restera jusqu'au XVIIe siècle.

En 1644, René Descartes publie un ouvrage intitulé Principes de philosophie. Il y présente la Terre comme une ancienne étoile (comme le soleil) qui a gardé son noyau (toujours à des températures extrêmes et formé de matière solaire) mais dont les couches externes ont évolué et ressembleraient aujourd'hui aux taches visibles sur le soleil7. Selon lui, ces couches sont nombreuses : à partir du centre, on trouve de la roche, de l'eau, de l'air puis enfin une croûte extérieure en équilibre sur cet air. Il pense que la croûte, brisée, a formé les reliefs et laissé passer l'eau, formant les océans, et que sous la croûte, la Terre est creuse7. Son hypothèse est fausse mais néanmoins convaincante pour les gens de l'époque.

À la même époque que Descartes, Athanasius Kircher propose lui aussi que la Terre est un astre refroidi mais que, sous la croûte, il y a des roches en fusion (magma) qui s'échappent parfois par les volcans7 ; cette théorie est la plus juste de l'histoire la géologie dans le domaine de la structure de la Terre.

Du XVIIe au XVIIIe siècle, plusieurs autres théories apparaissent :

Toutes ces théories sont fausses et n'ont jamais été approuvées.

Au XVIIIe siècle, on passe des théories à la pratique. La géologie se modernise et on préfère chercher que penser. On déduit notamment du relief que la Terre n'est pas creuse.

En 1749, Buffon expose la première théorie centrée sur des arguments solides et scientifiques7. Il affirme que la Terre est pleine et qu'elle « était entièrement fondue » au début de son histoire, à cause du léger aplatissement au niveau des pôles.

En 1800, il est confirmé que la Terre est très chaude à l'intérieur et parfois en fusion7. Au XIXe siècle, on n'est toutefois pas encore sûr qu'elle soit entièrement liquide7. Ce n'est qu'en 1881 que, pour la première fois, une explication sur ce sujet est juste : la croûte est solide, ce qui est dessous liquide, et ce qui est au centre, solide7. Par la suite, les scientifiques débattent de la composition du noyau ; il est même proposé qu'il soit gazeux7.

Le XXe siècle est marqué par l'apparition des études sismologiques de la Terre, qui révolutionnent la vision qu'on en a7.

En 1909, il est prouvé qu'il existe une frontière entre la croûte et le manteau7. En 1912, cette limite est déplacée à l'aide des études sismologique qu'on commence à effectuer à l'époque.

Au début du XXe siècle, on découvre que, dans les mines, la température augmente d'1 °C tous les 25 mètres, ce qui porte à croire que le centre de la Terre est en fait en fusion à une température de plusieurs milliers de degrés7. En 1926, il est prouvé que ce noyau est liquide7. En 1936, Inge Lehmann découvre la « graine », cœur solide du noyau ; on différencie ainsi le noyau externe (liquide) et le noyau interne (solide)7. Les décennies suivantes sont consacrées à l'étude de la densité de chacune des couches7.

On peut aussi étudier le magnétisme terrestre, qui permet certaines déductions sur la structure interne d'une planète.