Saturns lave middeltæthed er direkte bevis for, at dens bulksammensætning for det meste er brint. Under de betingelser, der findes inden for planeten, opfører brint sig som en væske snarere end en gas ved tryk over ca.en kilobar, svarende til en dybde på 1.000 km (600 miles) under skyerne; der er temperaturen omtrent 1.000 K (1.340 liter F, 730 liter C). Selv som en væske er molekylært hydrogen et meget komprimerbart materiale, og for at opnå Saturns gennemsnitlige densitet på 0,69 gram pr. Dette sker i en dybde på 20.000 km (12.500 miles) under skyerne eller omkring en tredjedel af afstanden til planetens centrum.
oplysninger om Saturns indre struktur opnås ved at studere dens tyngdefelt, som ikke er sfærisk symmetrisk. Den hurtige rotation og den lave gennemsnitstæthed, der fører til forvrængning af planetens fysiske form, forvrænger også formen på dens tyngdefelt. Feltets form kan måles nøjagtigt ud fra dens virkninger på rumfartøjets bevægelse i nærheden og på formen af nogle af komponenterne i Saturns ringe. Graden af forvrængning er direkte relateret til de relative mængder masse koncentreret i Saturns centrale regioner i modsætning til dens konvolut. Analyse af forvrængningen viser, at Saturn er væsentligt mere centralt kondenseret end Jupiter og derfor indeholder en signifikant større mængde materiale tættere end brint nær dets centrum. Saturns centrale regioner indeholder omkring 50 procent brint efter masse, mens Jupiters indeholder cirka 67 procent brint.
ved et tryk på ca.to megabarer og en temperatur på ca. 6.000 K (10.300 liter F, 5.730 liter C) forventes det væskemolekylære hydrogen at gennemgå en større faseovergang til en flydende metallisk tilstand, der ligner et smeltet alkalimetal såsom lithium. Denne overgang sker i en afstand omkring halvvejs mellem Saturns Sky toppe og dens centrum. Bevis fra planetens tyngdefelt viser, at den centrale metalliske region er betydeligt tættere, end det ville være tilfældet for rent brint blandet kun med solforhold af helium. Overskydende helium, der bosatte sig fra planetens ydre lag, kan til dels tegne sig for den øgede tæthed. Derudover kan Saturn indeholde en mængde materiale tættere end både hydrogen og helium med en samlet masse så meget som 30 gange Jordens, men dens nøjagtige fordeling kan ikke bestemmes ud fra tilgængelige data. 15-18 jordmasser vil sandsynligvis blive koncentreret i en tæt central kerne.
den beregnede elektriske ledningsevne af Saturns ydre kerne af flydende metallisk hydrogen er sådan, at hvis langsomme cirkulationsstrømme er til stede—som man kunne forvente med strømmen af varme til overfladen ledsaget af gravitationsafvikling af tættere komponenter—er der tilstrækkelig dynamo-handling til at generere planetens observerede magnetfelt. Saturns felt produceres således af stort set den samme mekanisme, der producerer Jordens felt (se dynamo teori). Ifølge dynamo-teorien kan det dybe felt—den del af feltet i nærheden af dynamo-regionen nær kernen-være ret uregelmæssigt. På den anden side er den ydre del af feltet, der kan observeres af rumfartøjer, ret regelmæssig med en dipolakse, der næsten er på linje med rotationsaksen. Teorier er blevet foreslået, at magnetfeltlinjer gøres mere symmetriske med rotationsaksen, før de når overfladen ved at passere gennem et ikke-konvende, elektrisk ledende område, der roterer i forhold til feltlinjerne. Den slående ændring, der er observeret i magnetfeltrotationsperioden i løbet af de sidste 25 år, nævnt ovenfor, kan være relateret til virkningen af dybe elektriske strømme, der involverer den ledende kerne.
i gennemsnit udstråler Saturn cirka dobbelt så meget energi ud i rummet, end den modtager fra solen, primært ved infrarøde bølgelængder mellem 20 og 100 mikrometer. Denne forskel indikerer, at Saturn, ligesom Jupiter, besidder en kilde til intern varme. Kilogram for kilogram masse svarer Saturns interne energiproduktion på nuværende tidspunkt til Jupiters. Men Saturn er mindre massiv end Jupiter og havde derfor mindre samlet energiindhold på det tidspunkt, hvor begge planeter blev dannet. For det stadig at udstråle på Jupiters niveau betyder, at dets energi tilsyneladende kommer i det mindste delvist fra en anden kilde.
en beregning af termisk udvikling viser, at Saturn kunne have sin oprindelse med en kerne på 10-20 jordmasser bygget op fra tilvæksten af isrige planetesimaler. Oven i købet ville en stor mængde gasformigt brint og helium fra den oprindelige soltåge have akkumuleret ved tyngdekraftskollaps. Det menes, at Jupiter gennemgik en lignende oprindelsesproces, men at den fangede en endnu større mængde gas. På begge planeter blev gassen opvarmet til høje temperaturer—flere titusinder af kelviner—i løbet af fangsten. Jupiters nuværende interne energiproduktion kan derefter forstås som den langsomme afkøling af en oprindeligt varm planet over solsystemets alder, omkring 4, 6 milliarder år. Hvis Saturn langsomt var afkølet, ville dens energiproduktion være faldet til under den aktuelt observerede værdi for omkring to milliarder år siden. Den mest sandsynlige forklaring på den krævede ekstra energikilde er, at helium i Saturns indre er udfældet fra opløsning i brint og danner tætte “regndråber”, der falder. Da heliumdråberne i den metalliske fase af brint” regner ” ned i dybere niveauer, omdannes potentiel energi til den kinetiske energi af dråbebevægelse. Friktion dæmper derefter denne bevægelse og omdanner den til varme, der føres op til atmosfæren ved konvektion og udstråles ud i rummet, hvilket forlænger Saturns indre varmekilde. (Det menes, at denne proces også har fundet sted—skønt i meget mere begrænset omfang—i Jupiter, som har et varmere interiør og således tillader mere helium at forblive i opløsning.) Voyagers opdagelse af en betydelig udtømning af helium i Saturns atmosfære blev oprindeligt taget som en retfærdiggørelse af denne teori, men det er siden blevet åbnet for spørgsmålstegn.