ลักษณะทางกายภาพ

      เปลือกโลกมีความหนาไม่เท่ากันโดยเปลือกโลกภาคพื้นทวีปมีความหนาเฉลี่ยประมาณ ๔๐ กิโลเมตร เปลือกโลกภาคพื้นสมุทรมีความหนาประมาณ ๑๐ กิโลเมตร เปลือกโลกมีสภาพเป็นของแข็ง ส่วนใหญ่ประกอบด้วยหินและแร่มีความหนาแน่นเฉลี่ยหรือความถ่วงจำเพาะประมาณ ๒.๖ - ๒.๙ ลอยตัวอยู่บนวัสดุที่มีความหนาแน่นมากกว่าคือเนื้อโลกซึ่งมีความถ่วงจำเพาะเฉลี่ยประมาณ ๓.๒๗ ข้อมูลทางธรณีวิทยาและธรณีฟิสิกส์ยังบอกให้ทราบว่าเปลือกโลกมีลักษณะเป็นแผ่น ๆ เกาะติดกันคล้ายกับผิวส้มที่ฉีกออกแล้วนำมาต่อกันใหม่ที่เรียกว่า แผ่นเปลือกโลก (lithospheric plate) เหตุที่นักธรณีวิทยาทราบว่าเปลือกโลกแต่ละส่วนมีความหนาไม่เท่ากันนั้นเป็นผลมาจากการตรวจวัดความเร็วของคลื่นไหวสะเทือน (seismic wave) ที่เกิดขึ้นเมื่อเกิดแผ่นดินไหวโดยเฉพาะแผ่นดินไหวใหญ่ ๆ เมื่อคลื่นเคลื่อนที่ลงไปในระดับลึกจากผิวโลกโดยในชั้นของหินตะกอนบนพื้นผิวโลกคลื่นไหวสะเทือนมีค่าประมาณ ๒ กิโลเมตร/วินาที แต่เมื่อลึกลงไปคลื่นไหวสะเทือนจะมีค่าความเร็วเพิ่มขึ้น กล่าวคือถ้าเป็นภายในเปลือกโลกภาคพื้นทวีปคลื่นมีความเร็วประมาณ ๖.๒ กิโลเมตร/วินาที ส่วนภายในเปลือกโลกภาคพื้นสมุทรคลื่นมีความเร็วประมาณ ๖.๗ กิโลเมตร/วินาที และหากลึกต่อลงไปอีกจนถึงเปลือกโลกชั้นในคลื่นก็จะมีความเร็วสูงขึ้นอย่างรวดเร็วคือเพิ่มเป็น ๘.๒ กิโลเมตร/วินาที เราเรียกรอยต่อระหว่างเปลือกโลกชั้นนอกกับเปลือกโลกชั้นในว่า แนวแบ่งเขตโมโฮโรวิซิก (Mohorovicic discontinuity) ตามชื่อของนักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียซึ่งเป็นผู้เสนอแนวรอยต่อนี้ใน พ.ศ. ๒๔๕๒ ขณะที่ทำการศึกษาเรื่องแผ่นดินไหวอยู่ที่คาบสมุทรบอลข่านทางภาคใต้ของทวีปยุโรป
 

 

      นอกจากนั้นเปลือกโลกยังมีความหนาแน่นแตกต่างกันระหว่างเปลือกโลกภาคพื้นทวีปกับเปลือกโลกภาคพื้นสมุทร จากผลการสำรวจความโน้มถ่วงของโลกโดยนักธรณีฟิสิกส์ชาวอังกฤษซึ่งทำ งานอยู่ในอินเดีย ชื่อ จอห์น เฮนรี แพรตต์ (John Henry Pratt) เขาได้ทำการสำรวจบริเวณเทือกเขาหิมาลัยและให้ความเห็นเมื่อ พ.ศ. ๒๓๙๘ ว่าหินเปลือกโลกภาคพื้นทวีปมีความหนาแน่นในบริเวณที่เป็นเทือกเขาสูงน้อยกว่าหินในบริเวณที่เป็นที่ราบ ในขณะที่ส่วนที่เป็นเปลือกโลกภาคพื้นสมุทรมีความหนาแน่นเฉลี่ยมากกว่าเปลือกโลกภาคพื้นทวีป ความเห็นดังกล่าวทำให้นักธรณีวิทยาชาวอเมริกันชื่อ แคลเรนซ์ เอดเวิร์ด ดัตตัน (Clarence Edward Dutton) ในเวลาต่อมาได้เสนอทฤษฎีว่าด้วยดุลเสมอภาคของเปลือกโลก (Theory of Isostasy) เมื่อ พ.ศ. ๒๔๓๒ ซึ่งอธิบายว่าเนื่องจากหินเปลือกโลกมีความหนาแน่นไม่เท่ากันดังนั้นหินเปลือกโลกส่วนที่เป็นทวีปซึ่งมีความหนาแน่นน้อยกว่าจึงลอยตัวอยู่บนหินเปลือกโลกส่วนที่เป็นมหาสมุทรซึ่งมีความหนาแน่นมากกว่า เปรียบเสมือนการลอยตัวของท่อนไม้อยู่ในน้ำส่วนหนึ่งของท่อนไม้จะโผล่ขึ้นเหนือพื้นผิวน้ำและอีกส่วนหนึ่งจะจมอยู่ใต้ผิวน้ำก่อให้เกิดความสมดุลระหว่างความสูงของท่อนไม้ส่วนที่อยู่เหนือผิวน้ำกับส่วนที่อยู่ใต้น้ำ การปรับสภาวะเพื่อให้เกิดความสมดุลนี้ส่งผลให้เปลือกโลกเกิดการเคลื่อนไหวขึ้นเป็นครั้งคราวเมื่อบริเวณส่วนใดของเปลือกโลกเกิดการกร่อนไปและมีการทับถมขึ้นในอีกที่หนึ่งของเปลือกโลก
      โดยทั่วไปเรามักเรียกความร้อนที่ขึ้นมาจากใต้พื้นผิวโลกว่า การไหลร้อน (heat flow) ซึ่งความร้อนนี้ขึ้นสู่ผิวเปลือกโลกในแต่ละจุดไม่เท่ากัน ทั้งนี้ส่วนหนึ่งน่าจะมาจากการที่ภายในโลกกำลังเย็นตัวลงอย่างช้า ๆ ทำให้เปลือกโลกได้รับความร้อนในแต่ละส่วนไม่เท่ากันในบริเวณใจกลางของทวีป เช่น เขตหินฐานธรณีแคนาดา (Canadian Shield) ซึ่งเป็นหินมีอายุเก่าแก่ของทวีปอเมริกาเหนือพบว่า ความร้อนที่ไหลขึ้นมาสู่ผิวโลกมีค่าเฉลี่ยประมาณ ๐.๙ ไมโครแคลอรี/ตารางเซนติเมตร/วินาที ส่วนบริเวณที่ราบริมขอบของทวีป เช่น บริเวณแอ่งที่ราบและเทือกเขา (Basin & Range) ของสหรัฐ อเมริกาซึ่งเป็นบริเวณที่มีภูเขาไฟและเขตเทือกเขาใหม่พบว่าค่าของการไหลร้อนสูงถึง ๒ ไมโครแคลอรี/ตารางเซนติเมตร/วินาที
      การไหลร้อนในพื้นทะเลก็มีสภาพที่แตกต่างกันไปเช่นเดียวกัน กล่าวคือนักวิทยาศาสตร์พบว่าในบริเวณที่เป็นสันเขาใต้สมุทรมักมีค่าการไหลร้อนสูงประมาณ ๓ ไมโครแคลอรี/ตารางเซนติเมตร/วินาทีและค่าจะลดลงตามลำดับเมื่ออยู่ห่างจากสันเขาใต้สมุทรออกไปหรือใกล้เข้ามาทางขอบทวีปคือเหลือประมาณ ๑.๑ - ๑.๙ ไมโครแคลอรี/ตารางเซนติเมตร/วินาที  นักธรณีวิทยาได้ตรวจวัดอุณหภูมิภายในหลุมเจาะที่ขุดเจาะลึกลงไปในเปลือกโลกพบว่าอุณหภูมิใต้ผิวโลกลึกลงไปจะเพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ โดยเฉลี่ยประมาณ ๓ องศาเซลเซียสในทุก ๆ ๑๐๐ เมตร เราเรียกการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตามความลึกของโลกว่า อัตราเพิ่มอุณหภูมิใต้พิภพ (geothermal gradient) โดยความร้อนภายในเปลือกโลกที่ขึ้นมาสู่ผิวโลกมาจาก ๒ ส่วนด้วยกันคือส่วนหนึ่งมาจากการสลายตัวของธาตุกัมมันตรังสีภายในเปลือกโลกและอีกส่วนหนึ่งมาจากความร้อนที่ลึกลงไปใต้เปลือกโลก