物质成分除硅、氧外，铁、镁显著增加，铝退居次位，由类似
橄榄岩的
超基性岩组成，平均密度3.8克/厘米^3，压力约1.2～1.35GPa，温度为400～3000℃，物质状态属固态
结晶质，但具较大的塑性；
地震波的
P波速度约为8.10千米/秒，
S波速度约为4.7千米/秒。
整个
地幔物质成分，一般认为与
球粒陨石相近，即以铁、镁、
硅酸盐为主。据高温
高压实验资料推断，上地幔
B层以
橄榄石结构的铁镁硅酸盐为主，
硅氧四面体以孤岛状分布在
金属离子间，也称岛状硅酸盐。至
C层，铁镁硅酸盐变成以尖晶石结构为特征。在670千米以下，则以
钙钛矿结构铁镁硅酸盐为特征。在地幔
硅酸盐晶格间或缝隙中，可能含有少量流体(即含有氮、
卤素、
碱金属、碳、氧、氦、硫的化合物)，有人称为幔汁，引起地幔热对流，使
地幔内部温度变化较小，平均每向下1千米，温度仅增加1℃左右。
根据
地球物理和地质学研究结果发现在上地幔上部深度约60～250千米范围内，存在一
不连续低速带，
地震波速(vP)在深60千米处，从8.2千米/秒，下降到深150千米处的7.7千米/秒，在深250千米处又上升为8.2千米/秒，属于
软流圈，岩石可以存在局部的熔融。
横波vS从相应的4.6千米/秒降至4.0千米/秒。热量约(1.1～1.5)×10^31焦，已高于物质在该深度的熔点，局部呈熔融或软化状态。一般认为这可能是
基性或
超基性岩浆的发源地，故称软流圈。
深源地震也发生在上地幔中，最深达720千米。因此对上地幔的研究日益受到重视并有了很大的发展。
厚度为20～400千米。
地震波速在其内部随深度增加的梯度较小，在60～150千米间，许多
大洋区及晚期
造山带内有一低速层，可能是由
地幔物质
部分熔融造成的。