关于地幔的物质成分和状态至今还不十分清楚，但根据地震波在地幔中传播速度缓慢而均匀，说明地幔物质较地壳具有很大的均匀性。
地幔一般分两层，从莫霍面到 1000公里的深度叫上地幔，从1000公里到2900公里的深度叫下地幔。上地幔的物质成分除硅、氧外，铁、镁显著增加，类似于橄榄岩的超基性岩类岩石，又称橄榄岩层。在上地幔上部，深约50—250公里范围内，由于放射性元素蜕变生热，产生高温异常，温度高于物质的熔点，形成具有可塑性的或呈熔融状态的软流层，这被认为是岩浆的发源地。地震波在这里明显下降，形成了低速带。地表常见的玄武岩，就来自上地幔，上地幔的物质运动，直接影响到地壳运动。因此对上地幔的研究越来越受到世界各国的重视。下地幔的物质组成除了硅酸盐物质在强大压力下形成的一种致密物质外，金属硫化物和金属氧化物铬、铁、镍等成分显著增加。其化学作用随深度增加而减弱，称退化学作用带。
根据地震波传播的情况认为，地幔物质的硬度比钢还大，应属非晶质固态。