Prelet sond Pioneer 10 a Pioneer 11 okolo Jupitera a údaje o tom ako Jupiter ovplyvnil ich dráhu poskytli možnosť vytvoriť prvý nešpekulatívny model vnútornej stavby planéty. V tomto modeli sa predpokladá, že v strede planéty leží malé pevné jadro skladajúce sa zo silikátov a železa. Tlak a teplota sú tu veľmi vysoké, dosahujú hodnoty až 107 MPa a 30 000 až 35 000 K. Najmä vysoký tlak bol v minulosti príčinou toho, že sa hypotetické pevné jadro pokladalo za útvar zložený z pevného vodíka ( existencia vodíka v pevnom skupenstve s kryštalickou mriežkou obdobnou kryštalickej mriežke kovov nie je zatiaľ definitívne dokázaná, ale niektoré laboratórne pokusy vo fyzike vysokých tlakov skutočne poukazujú na to, že táto forma vodíka môže za extrémnych podmienok vznikať a pretrvávať ). Dnes sa skôr predpokladá jadro silikáto-železné, a to najmä z kozmologických príčin – ak je zloženie Jupitera totožné so zložením Slnka, musí táto planéta obsahovať i určitý podiel ťažkých prvkov. Vzhľadom k väčšej hustote sa potom ťažšie prvky koncentrujú v jadre planéty. Otázka pevného vodíka zostáva otvorená; tento záver platí aj pre celé jadro, pretože jeho existenciu nemožno dokázať z gravitačných štúdií.
Nad hypotetickým jadrom sa nachádza hrubá vrstva skladajúca sa prevažne z vodíka. Táto vrstva tvorí rozhodujúcu časť objemu i hmoty Jupitera. Vodík je v nej rozdelený do dvoch vrstiev, pričom v oboch je kvapalný ale v rôznych fyzikálnych stavoch. Spodná vrstva siaha od jadra do vzdialenosti 46 000 km od stredu planéty a skladá sa z kovového kvapalného vodíka. V kovovom kvapalnom stave je vodík disociovaný na atómy a kvapalina je dobrým vodičom elektrického prúdu. Na hornej hranici tejto vrstvy klesá tlak asi na 300 MPa a teplota na 11 000 K. Ďalej, asi vo vzdialenosti 70 000 km od stredu, siaha druhá vodíková vrstva. Jej hlavnou zložkou je kvapalný molekulárny vodík. Poslednú vrstvu, hrubú asi 1000 km, potom tvorí atmosféra.

Vlastné žiarenie Jupitera

Už dlhšiu dobu je známe, že Jupiter vyžaruje viac ako dvojnásobné množstvo energie, ako prijíma od Slnka. Je teda nutné hľadať zdroj energie, ktorý pracuje vo vnútri planéty. Bolo navrhnutých mnoho hypotéz, ktoré sa snažili pozorovaný dej vysvetliť. Dnes sa väčšinou prijíma vysvetlenie, podľa ktorého ide o zbytkové teplo z dôb vzniku planéty, ktoré sa uchovalo vďaka jej ohromnej hmotnosti. Predchádzajúca hypotéza, ktorá tvrdila, že sa Jupiter postupne zmršťuje vplyvom pokračujúcej premeny kvapalného vodíka na vodík pevný v jadre a úbytok potenciálnej energie sa prejavuje žiarením, je dnes pri kvapalnom modeli neprijateľná.