إن ضخامة المشتري وبعده عن الشمس جعل دراسة التركيب الجيولوجي للكوكب أمراً صعباً، وحتى مع زيارة المركبات الفضائية الست التي زارته حتى الآن لم تتضح الصورة عن تركيبه الداخلي، ولم تدرس هذه المركبات سوى لعمق 2000 كلم فقط من السطح، ومعظم هذه المعلومات استقاها الفلكيون من خلال الدراسات التي أجريت من الأرض بواسطة الإشعاعات المختلفة كالضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والفوق بنفسجية والمركبات الفضائية، أما باقي أجزاء المشتري والتي يبلغ عمقها حوالي 70 ألف كيلومتر، فهي لا تزال غير مؤكدة، وتعتمد دراستها على التخمين والتوقعات وفقاً للمعلومات المعروفة عن تركيب السطح.

ويتوقع العلماء أن بنية المشتري تتكون من الطبقات الجيولوجية التالية : 

1- النواة : ويبلغ قطرها حوالي 12 ألف كيلو متر، ومكونه من معدني الحديد والسيليكات وتبلغ درجة حرارتها حوالي 30 ألف درجة مئوية.

2- الطبقة المحيطة بالنواة: وتتكون هذه الطبقة من سائل الهيدروجين المعدنيLiquid Metallic Hydrogen وهذا السائل ناتج عن الضغط الشديد للطبقات الجيولوجية الخارجية الذي يحوله إلى حالة الصلابة، ويبلغ سمك هذه الطبقة (33) ألف كيلومتر.

3- الطبقة الثالثة: وتتكون من الهيدروجين السائلLiquide Hydrogen والضغط على هذه الطبقة أقل من الطبقة السابقة لذلك فهي مكونة من الهيدروجين السائل، ويبلغ سمك هذه الطبقة حوالي 24 ألف كيلومتر، وتصل درجة حرارتها إلى 11 ألف درجة مئوية.

إن نسبة الديتيريوم الذي نشأ بعد الهيدروجين خلال الدقائق الثلاث الاولى من عمر الكون بكمية كبيرة في باطن المشتري إضافة للهيدروجين وتدل على أن المشتري نشأ بنفس الطريقة التي نشأت بها النجوم، وأن نسبة الديتيريوم في الكون الحالي قلت عن نسبته خلال نشوء الكون، لكن نسبة الديتيرويم في باطن المشتري لازالت كما هي، ولو تمكنا من دراسة الديتيريوم بشكل جيد في باطن المشتري عن قرب لافادنا بشكل أفضل حول الظروف التي نشأ بها الكون.

كما أن نسبة الهيدروجين والهيليوم في المشتري لازالت كما هي بالنسبة للسحابة الغازية التي تشكلت منها المجموعة الشمسية، وهذا يفيدنا كثيراً في دراسة نشوء المجموعة الشمسية. وجد الفلكيون أن سطح المشتري يستقبل 70% من درجة حرارته من باطن المشتري ، بينما تشكل الحرارة القادمة من الشمس حوالي 3% فقط من درجة حرارة السطح، وهذا يعني أن باطن المشتري يصدر طاقة حرارية تعادل 2.5 مرة من مقدار الطاقة القادمة من الشمس.

أي أن باطن المشتري يعتبر مصدراً حرارياً كبيراً، ويعتقد الفلكيون أن هذه الحرارة الداخلية للكوكب ناتجة عن ضخامة الكوكب حيث تعمل الطبقات الجيولوجية الخارجية على ضغط المركز فتتولد نتيجة لذلك هذه الحرارة ويظن بعض الفلكيين أن المشتري يتقلص بمقدار واحد سنتمتر كل عام، لذلك يزداد الضغط على نواة المشتري فتتولد نتيجة لذلك هذه الطاقة، مع أن هذه النظرية لاقت العديد من الاعتراضات. ولو كان المشتري أكبر من حجمه الحالي بحوالي 60 مرة، لتولدت حرارة كبيرة كافية لحدوث الاندماج النووي الهيدروجيني في باطنه خاصة مع توفر الهيدروجين، ومن ثم لأصبح النجم الثنائي المرافق للشمس، لذلك يطلق الفلكيون عادة على المشتري بأنه الكوكب الذي فشل في أن يصبح نجماً.