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据推测 ，火星中心有个以铁为主要成份的核，并含有硫、镁等轻元素，火星的核所占比例，应较地球小. 核的外层则厚厚地包覆著一层富含氧化镁的矽酸盐地函，表面为岩质的地壳. 火星的密度为类地行星中最低的，仅3.93g/cc.

分层结构
科学家对于火星分层推断，无法像地球一样是以震波推测，而主要是依据既有经验和火星密度来推测，分为三层：地核、地函、地壳。

地质年代
科学家对于火星地表年龄的判断不像在地球那样，因为目前只能靠探测照片推定而非实地考察，因此科学家提出一个方法：依照一地的陨石坑密度来估算地表年龄，例如
* 一地陨石坑密布、甚至相邻相叠，此地可能老于35亿年，包括约41亿至38亿年前的后期重轰炸期（Late Heavy Bombardment）。
* 若一地陨石坑散布、较疏，则年龄可能约30亿至10亿年。
* 若一地很少或没有陨石坑，则年龄可能小于5亿年。
举例来说，月球高地陨石坑普遍密布，可以推断她地表年代久远（44亿至38亿年前）；而反观月海，陨石坑小而稀，因此较年轻（38亿至32亿年前）。而火星南方高地因陨石坑密布，故较古老；而平坦的北方低原则较年轻。依照这个方法，科学家把火星地质年代分为三个阶段：
* 诺亚纪（Noachian Era），从46亿年前到35亿年前（加减一亿年），再细分为早（early、）中（middle）、晚（late）诺亚纪。这时期火山活动旺盛，陨石撞击频繁，大气层较厚（至少早期是如此），也可能更温暖，而水分多，可能存在湖泊甚至海洋，侵蚀旺盛，形成河谷，水流也带来沉积物沉积。此时期是由南半球的古老诺亚高原（Noachis Terra）命名。
* 赫斯伯利亚纪（Hesperian Era），从35亿年前到25亿或20亿年前，再细分为早、晚赫斯伯利亚纪。此时期是一个转换到现在的过度期，大量的水开始渗入地底冻结，由于水的减少，侵蚀搬运减少，虽然有时会有地下水层爆发造成地方性的崩塌、洪水。地质作用减少。此时期是依据一个南半球中年的赫斯伯利亚高原（Hersperia Planum）命名。
* 亚马逊纪（Amazonian Era），从25亿或20亿年前到现在，再细分为早、