我們最容易了解的地球部分是出露地表的上地殼，也可以藉此分析組成各種岩石和礦物的元素。因此在對地球成分的探索中，人們對上地殼成分的了解最深。一般說來，有兩種辦法可以揭示上地殼的平均成分：一是大規模地測量各種岩石的化學成分，然後根據它們在地殼中的比例，計算地殼的平均組成。地殼中有些沉積岩的組成顆粒很小，例如頁岩、泥岩、黃土等，其化學組成可以代表較大範圍內上地殼成分的平均值，因此測量地殼中的細粒沉積岩是另一種重要的方法，特別是對探究某些在岩石風化過程中不會隨水發生遷移的元素來說，非常有用。這兩種辦法各有好處，前者準確，但是工作量很大，需要測量成千上萬的樣品;後者工作量小，但是對於某些容易溶解在水裡的元素（比如鎂）估計不準確。現代地球化學的創始人戈爾德施密特在這個領域作出了傑出的貢獻，中國的地球化學家黎彤也曾經估算過中國的上地殼組成。
不過，如何對整個地球的成分進行全面而精確的測量呢？答案是，靠太陽和隕石。太陽占太陽系質量的99.7%，通過對太陽光球層的測量，我們可以得知太陽的化學成分。有意思的是，除了一些揮發性的元素比如氫和氦等，太陽光球的化學成分和一種含有球粒結構的隕石非常一致。球粒隕石的內部含有毫米大小的微粒，是太陽系星雲物質凝聚時最早形成的固體顆粒，研究球粒隕石可以推斷地球的平均成分。這些隕石形成於太陽系星雲凝聚早期，如果地球來自這些球粒隕石的聚集，我們通過研究隕石就可以對地球的平均成分有個很好的了解。
在化學家門捷列夫發現的元素周期表上，元素的數量到目前為止已經達到118種。但是，在自然界中出現的元素只有94種。憑藉這些方法，我們現在知道地球最主要的元素有鐵、氧、矽、鎂，占地球的90%以上，主要以矽酸鹽礦物和金屬的形式存在於地殼、地幔和地核中。
其他元素雖然所占的比例非常小，但是對它們的研究也可以揭示地球演化的重要歷史。一個有趣的例子是鉑族金屬之謎。地幔和地核分開時，幾乎所有鉑族金屬都進入地核中，因此在地球的矽酸鹽部分，鉑族金屬含量極低。但是，目前對地球地幔的測量表明，這些元素在地幔中的含量還是相當高的。因此有科學家推測，在地核形成後，有一個鉑族金屬含量很高的小行星撞擊地球，為地球地幔重新補充了這些重要的金屬資源。