Nozares teorijas Viens no nozīmīgākajiem ģeofizikas sasniegumiem ir Zemes iekšējās uzbūves modeļa izveide. Priekšstats par Zemes iekšējo uzbūvi iegūts, analizējot zemestrīču radīto, kā arī mākslīgi radīto dažādu frekvenču seismisko svārstību izplatīšanās ātruma un amplitūdas zudumu izmaiņas, tām izplatoties caur Zemi. Seklāko slāņu uzbūvi pēta, izmantojot lokāli izvietotus svārstību reģistratorus. Priekšstats par Zemes dziļākajiem slāņiem tika iegūts ar globāla seismisko staciju tīkla veiktajiem mērījumiem.
Analizējot seismisko svārstību monitoringa staciju ierakstus, tika konstatēts, ka 2891 km dziļumā atrodas robeža, no kuras atstarojas spēcīgi mehāniskie viļņi. Šo robežu dēvē par Gūtenberga robežu, kas nosaukta par godu vācu izcelsmes amerikāņu seismologam Beno Gūtenbergam (Beno Gutenberg), un tā saistīta ar Zemes kodola ārējo robežu. Ģeofizikālie pētījumi liecina, ka Zemes kodols sastāv no divām daļām. Tiek uzskatīts, ka ārējais kodols ir šķidrs, galvenokārt tādēļ, ka tika konstatēts, ka caur ārējo kodolu neizplatās šķērsviļņi; uz to arī norāda Zemes kā planētas reakcija uz Saules un Mēness gravitācijas laukiem. Ārējo kodolu veido dzelzs (Fe), niķelis (Ni), skābeklis (O), slāpeklis (N), ogleklis (C) un sērs (S). Pastāv uzskats, ka tieši ārējā kodola dinamisko procesu rezultātā rodas Zemes magnētiskais lauks. 5155 km dziļumā atrodas izteikta robeža, kas nodala Zemes ārējo kodolu no Zemes iekšējā kodola. Ņemot vērā planētas Zeme svārstības, ko izraisījušas ļoti spēcīgas zemestrīces, tika secināts, ka iekšējam kodolam jābūt cietam. Seismisko viļņu izplatīšanās ātrums iekšējā kodolā un tā blīvums liecina par to, ka iekšējais kodols sastāv no dzelzs.
Virs kodola ieguļ mantijas slānis, kas sastāda aptuveni 50 % no kopējās Zemes masas. No mantijas sastāva 90 % veido dzelzs oksīds (FeO), magnija oksīds (MgO) un silīcija dioksīds (SiO2). Mantijas slāni dala augšējā un apakšējā mantijā. Robežšķirtne starp mantijas slāņiem tiek nodalīta aptuveni 700 km dziļumā, kur vērojama strauja seismisko viļņu izplatīšanās ātruma un materiāla blīvuma palielināšanās. Šīs izmaiņas tiek skaidrotas ar silikātu minerālu pāreju uz blīvāku struktūru, palielinoties spiedienam. Tiek pieļauts, ka apakšējā mantijas slānī ir lielāka dzelzs koncentrācija nekā augšējā mantijas slānī.
Mehānisko viļņu izplatīšanās ātrums apakšējās mantijas slānī palielinās līdz ar dziļumu, taču apakšējās mantijas pamatnē 200–300 km dziļuma intervālā novērojama seismisko viļņu ātruma gradienta samazināšanās. Šis intervāls tiek saukts par D slāni (D layer). Mantijas apakšējie 5–50 km ir īpaši mazo ātrumu zona (ultra-low velocity zone), kur mehānisko viļņu izplatīšanās ātrums ir vēl mazāks. Īpaši mazo ātrumu zona ir ļoti neviendabīga, kas liecina, ka tajā varētu atrasties arī daļēji izkususi viela. Laboratoriskie pētījumi pierāda, ka šajā zonā ārējo kodolu veidojošā šķidrā dzelzs mijiedarbojas ar mantijā sastopamo silīciju (Si), radot metāliskus sakausējumus un nemetāliskus silikātus. Pastāv pieņēmums, ka subdukcijas un kolīzijas rezultātā mantijā nogrimušās litosfēras plātņu daļas nogrimst līdz pat D slānim. Seismiskās izpētes dati norāda, ka no D slāņa aptuveni 16 % ir okeānisko garozu atliekas un 0,3 % kontinentālās garozas atliekas. Tiek uzskatīts, ka D slānis varētu būt dziļo mantijas plūsmu avots.
Horvātu seismologs Andrija Mohorovičičs (Andrija Mohorovičić), analizējot seismiskos viļņus, kurus 1909. gadā radīja zemestrīce Horvātijā, aptuveni 54 km dziļumā atklāja straujas to izplatīšanās ātruma izmaiņas. Šo robežu vēlāk nosauca viņa vārdā (Mohorovičiča jeb Moho robeža, Mohorovičić discontinuity). Vidēji Moho robeža ieguļ 21 km dziļumā. Dziļuma intervālā no Moho robežas līdz pat 700 km dziļumam tiek izdalīts augšējās mantijas slānis. Augšējās mantijas sastāvā ir peridotīti, par ko liecina mehānsko viļņu izplatīšanās ātruma atšķirības dažādos virzienos (anizotropija), kā arī garenviļņu un šķērsviļņu izplatīšanās ātruma attiecības. Dažreiz zonu dziļumā no 400 līdz 700 km, kur vērojams liels seismisko viļņu ātruma gradients, pētnieki dēvē par pārejas zonu un teorētiski ierobežo augšējo mantiju līdz 400 km dziļumam. Tiek uzskatīts, ka pārejas zonā pieaugošā spiediena un temperatūras ietekmē notiek minerālu fāžu pāreja. Silikātu minerāli pāriet uz blīvākas struktūras formām.
Dziļuma intervālā no 160 līdz 300 km atrodas novērojama zona, kurā ir pazemināts mehānisko viļņu izplatīšanās ātrums. Šo intervālu arī dēvē par mazo ātrumu zonu. Zemie mehānisko viļņu izplatīšanās ātrumi visticamāk saistīti ar to, ka šī zona satur nelielu daudzumu izkusušas vielas (partial melt), par ko liecina slāņa augstā elektrovadītspēja.
Par pamatu ņemot slāņu reoloģiju, augšējā mantija tiek dalīta divos slāņos: augšējās mantijas vēsākā virskārtā, kas kopā ar Zemes garozu veido litosfēru, un karstākā apakšējā daļā – astenosfēra. Litosfēras biezums dažādās Zemes vietās ir atšķirīgs. Tas svārstās no 40 līdz 300 km. Ņemot vērā slāņu, kas atrodas zem litosfēras, augsto temperatūru, tiek uzskatīts, ka tie tektonisko plātņu kustības rezultātā lēni deformējas.
No Zemes virsmas līdz pat Moho robežai tiek izdalīta Zemes kontinentālā un okeāniskā garoza. Kontinentalā garoza ir aptuveni 40 km bieza, bet tektoniski aktīvu riftu tuvumā – aptuveni 20 km. Zonās, kur saduras litosfēras plātnes, tā var sasniegt pat 80 km biezumu.
1925. gadā austriešu izcelsmes amerikāņu fiziķis, seismologs Viktors Konrāds (Victor Conrad) atklāja, ka kontinentālajā garozā vērojama robeža, kas līdzīga Moho robežai, un tā nodala slāņus ar atšķirīgiem mehānisko viļņu izplatīšanās ātrumiem. Tā tika nodēvēta par Konrāda robežu (Conrad discontinuity). Vēlāk tika noskaidrots, ka vietām kontinentālā garoza dalās pat trīs slāņos, bet vietām šādas robežas nav novērojamas vispār. Negatīvās gravitācijas anomālijas virs granītiskiem plutoniem norāda uz to, ka augšējā kontinentālā garoza nav granītiska, kā tas sākotnēji tika uzskatīts, bet gan sastāv no granodiorītiem un diorītiem. Vidējā un apakšējā garozas daļa sastāv no bāziskākiem iežiem, uz to norāda lielāks seismisko viļņu izplatīšanās ātrums nekā augšējos garozas slāņos.
Seismiskie pētījumi pierāda, ka okeāniskā garoza ir aptuveni 7 km bieza. To galvenokārt veido bāziski ieži. Līdzīgi kā kontinentālajā arī okeāniskajā garozā atkarībā no seismisko viļņu izplatīšanās ātruma atšķirībām iespējams nošķirt vairākus slāņus.