Wiedza o budowie wgłębnej Ziemi jest oparta o obserwacje bezpośrednie oraz pośrednie.
Obserwacje bezpośrednie polegają na analizie budulca oraz na ustaleniu jego rozmieszczenia w strukturach ziemskich. Prowadzone są one na naturalnych i antropogenicznych rozcięciach, dających wgląd w struktury podpowierzchniowe. Zasięg obserwacji jest ograniczony do rozmiaru tych form. Głębokie wcięcia erozyjne tworzone są przez intensywne niszczenie punktowe lub liniowe, np. wzdłuż dolin rzecznych, wzdłuż form tektonicznych i jaskiniowych. Procesem o istotnym znaczeniu jest erozja fluwialna denna, w wyniku której powstają zaawansowane rozcięcia erozyjne przekraczające nawet 2 km. Dane o budowie wgłębnej Ziemi pozyskiwane są również podczas eksploracji jaskiń, zwłaszcza tych które mają rozwój pionowy. Najgłębiej położone korytarze, przekraczające 2 km, znajdują się w gruzińskich jaskiniach krasowych.
Wcięcia w powierzchniowych strukturach ziemskich tworzone są również sztucznie, przez człowieka podczas eksploatacji surowców. Najgłębsze kopalnie powstały przy pozyskiwaniu złota. Rekord został osiągnięty w afrykańskim wyrobisku Mponeng, gdzie surowiec pobierany jest z głębokości ponad 4 km. Nieco głębiej w strukturę ziemską docierają wiercenia. Najgłębsze odwierty, jakie zostały wykonane na półwyspie Kolskim, w Katarze i na Sachalinie, przekroczyły głębokości 12 km. Sachaliński otwór sięga do głębokości 12 345 m.
Cennym materiałem badawczym, dostępnym dla badań bezpośrednich i dającym pogląd o budowie wewnętrznej Ziemi, są skały pochodzące z jej wnętrza, które w powierzchniowych strukturach znalazły się dzięki naturalnym procesom geologicznym. Analizom geologicznym podlegają szczególnie:
- ścięte erozyjne, a wcześniej wyniesione obszary skorupy,
- orogeny z zakleszczonymi blokami sekwencji ofiolitowych, które są fragmentami skał z różnych stref skorupy lub/i górnego płaszcza (zob. Ofiolity i obdukcja ),
- skały magmowe, zwłaszcza skały głębinowe i zawierające ksenolity, które są porwakami magmowymi wyniesionymi wraz ze stopami ku górze (zob. Dyferencjacja magmy ); w szczególności cenne są kimberlity, które są zbudowane z materiału wewnątrzpłaszczowego i dostają się w strefy powierzchniowe Ziemi dzięki erupcjom eksplozywnym,
- porwaki tektoniczne, w szczególności elementy wgłębnych struktur wyniesione w trakcie ruchów tektonicznych.
Dane z obserwacji bezpośrednich mają niewielki zasięg pionowy i pozwalają dość precyzyjnie ustalić obraz dla budowy geologicznej najbardziej powierzchniowej warstwy globu. Najgłębiej sięgające wiercenia nie przebiły skorupy ziemskiej, a próbki skał pochodzące z najgłębszych struktur ziemskich pochodzą z płaszcza. Przy zastosowaniu tych metod otrzymana informacja daje pogląd jedynie na budowę najbardziej zewnętrznych stref Ziemi. Budowa wnętrza globu, którą dziś dysponujemy, została oszacowana dzięki obserwacjom pośrednim. Podstawowymi analizami są badania geofizyczne, które analizują przebieg fal sejsmicznych w ośrodkach ziemskich [1]. Pozwalają one na ustalenie rozkładu mas we wnętrzu Ziemi i jej wewnętrznej struktury (zob. Geosfery ).
Obok ziemskiego materiału, analizowany jest skalny materiał kosmiczny Układu Słonecznego. Sięga się po niego, w założeniu, iż obiekty Układu powstały w podobnym czasie i z tej samej materii. Materia ta pochodziła z jednego, wspólnego źródła, jakim była gwiazda wcześniejszej generacji, która zapadła się w supernową. Zatem obiekty Układu Słonecznego składają się z tej materii, z której została uformowana Ziemia i pogląd na budowę Ziemi jest budowany również w oparciu o dane pochodzące z analiz meteorytów oraz próbek skał pobranych z innych obiektów kosmicznych.