a Szaturnusz alacsony átlagos sűrűsége közvetlen bizonyíték arra, hogy ömlesztett összetétele többnyire hidrogén. A bolygón belüli körülmények között a hidrogén folyadékként viselkedik, nem pedig gázként, körülbelül egy kilobár feletti nyomáson, ami 1000 km (600 mérföld) mélységnek felel meg a felhők alatt; ott a hőmérséklet nagyjából 1000 K (1340 Ft F, 730 Ft C). A molekuláris hidrogén még folyadékként is erősen összenyomható anyag, és a Szaturnusz 0,69 gramm / köbméter átlagos sűrűségének eléréséhez egy megabar feletti nyomásra van szükség. Ez 20 000 km (12 500 mérföld) mélységben fordul elő a felhők alatt, vagyis a bolygó központjától való távolság körülbelül egyharmadában.
a Szaturnusz belső szerkezetére vonatkozó információk a gravitációs mező tanulmányozásából származnak, amely nem gömbszimmetrikus. A gyors forgás és az alacsony átlagos sűrűség, amely a bolygó fizikai alakjának torzulásához vezet, torzítja a gravitációs mező alakját is. A mező alakja pontosan mérhető az űrszondák mozgására gyakorolt hatásaiból és a Szaturnusz gyűrűinek egyes alkotóelemeinek alakjából. A torzulás mértéke közvetlenül kapcsolódik a Szaturnusz központi régióiban koncentrált tömeg relatív mennyiségéhez, szemben a borítékával. A torzítás elemzése azt mutatja, hogy a Szaturnusz lényegesen központilag kondenzáltabb, mint a Jupiter, ezért középpontja közelében lényegesen nagyobb mennyiségű anyagot tartalmaz, mint a hidrogén. A Szaturnusz központi régiói körülbelül 50 tömegszázalék hidrogént tartalmaznak, míg a Jupiteré körülbelül 67 százalék hidrogént tartalmaz.
körülbelül két megabar nyomáson és körülbelül 6000 K (10 300 Ft F, 5730 Ft C) hőmérsékleten a folyékony molekuláris hidrogén az előrejelzések szerint jelentős fázisátmeneten megy keresztül folyékony fémes állapotba, amely hasonlít egy olvadt alkálifémre, például lítiumra. Ez az átmenet körülbelül félúton történik a Szaturnusz felhőcsúcsai és középpontja között. A bolygó gravitációs mezőjéből származó bizonyítékok azt mutatják, hogy a központi fém régió lényegesen sűrűbb, mint a tiszta hidrogén esetében, amelyet csak a hélium napenergia arányával kevernek. A bolygó külső rétegeiből leülepedett héliumfelesleg részben magyarázhatja a megnövekedett sűrűséget. Ezenkívül a Szaturnusz mind a hidrogénnél, mind a héliumnál sűrűbb anyagmennyiséget tartalmazhat, amelynek össztömege akár 30-szorosa a Földének, de pontos eloszlását a rendelkezésre álló adatokból nem lehet meghatározni. Körülbelül 15-18 Földtömegből álló kőzet-jég keverék valószínűleg sűrű központi magban koncentrálódik.
a Szaturnusz folyékony fémhidrogén külső magjának számított elektromos vezetőképessége olyan, hogy ha lassú keringési áramok vannak jelen—amint az várható lenne a felszínre áramló hő hatására, amelyet sűrűbb komponensek gravitációs ülepedése kísér-elegendő dinamóhatás van a bolygó megfigyelt mágneses mezőjének létrehozásához. A Szaturnusz mezőjét tehát lényegében ugyanaz a mechanizmus állítja elő, amely a Föld mezőjét termeli (lásd dinamóelmélet). A dinamóelmélet szerint a mélymező—a mezőnek a mag közelében lévő dinamó régió közelében lévő része—meglehetősen szabálytalan lehet. Másrészt a mező külső része, amelyet az űrhajók megfigyelhetnek, meglehetősen szabályos, egy dipólus tengellyel, amely majdnem igazodik a forgástengelyhez. Elméleteket javasoltak arról, hogy a mágneses mező vonalai szimmetrikusabbá válnak a forgástengellyel, mielőtt a felszínre érnének, ha áthaladnak egy nem konvekciós, elektromosan vezető területen, amely a mező vonalaihoz képest forog. A mágneses mező forgási periódusában az elmúlt 25 évben megfigyelt, fent említett feltűnő változás összefügghet a vezető magot érintő mély elektromos áramok hatásával.
a Szaturnusz átlagosan kétszer annyi energiát sugároz az űrbe, mint amennyit a naptól kap, elsősorban 20 és 100 mikrométer közötti infravörös hullámhosszon. Ez a különbség azt jelzi, hogy a Szaturnusz, akárcsak a Jupiter, belső hőforrással rendelkezik. Kilogramm tömeg kilogrammonként a Szaturnusz belső energiatermelése jelenleg hasonló a Jupiteréhez. De a Szaturnusz kisebb tömegű, mint a Jupiter, így kevesebb volt a teljes energiatartalma abban az időben, amikor mindkét bolygó létrejött. Mivel még mindig a Jupiter szintjén sugárzik, az azt jelenti, hogy energiája nyilvánvalóan legalább részben más forrásból származik.
a termikus evolúció kiszámítása azt mutatja, hogy a Szaturnusz 10-20 Földtömegből álló magból származhatott, amely jégben gazdag planetezimálok felhalmozódásából épült fel. Ezen felül az eredeti napköd nagy mennyiségű gáz halmazállapotú hidrogén és hélium halmozódott fel a gravitációs összeomlás következtében. Úgy gondolják, hogy a Jupiter hasonló származási folyamaton ment keresztül, de még nagyobb mennyiségű gázt fogott el. Mindkét bolygón a gázt magas hőmérsékletre—több tízezer kelvinre—melegítették a befogás során. A Jupiter jelenlegi belső energiatermelése ekkor úgy értelmezhető, mint egy kezdetben forró bolygó lassú hűtése a naprendszer kora felett, mintegy 4, 6 milliárd év. Ha a Szaturnusz lassan lehűlt volna, energiatermelése körülbelül két milliárd évvel ezelőtt a jelenleg megfigyelt érték alá esett volna. A szükséges további energiaforrás legvalószínűbb magyarázata az, hogy a Szaturnusz belsejében a hélium kicsapódik a hidrogénben lévő oldatból, és sűrű “esőcseppeket” képez, amelyek esnek. Amint a hidrogén fémes fázisában lévő héliumcseppek mélyebb szintekre “esnek”, a potenciális energia átalakul a cseppmozgás kinetikus energiájává. A súrlódás ezután csillapítja ezt a mozgást, és hővé alakítja, amelyet konvekcióval felvisznek a légkörbe, és az űrbe sugároznak, ezáltal meghosszabbítva a Szaturnusz belső hőforrását. (Úgy gondolják, hogy ez a folyamat—bár sokkal korlátozottabb mértékben—a Jupiterben is megtörtént, amelynek melegebb a belseje, és így több hélium marad oldatban.) A Voyagers észlelése a hélium jelentős kimerüléséről a Szaturnusz légkörében eredetileg ennek az elméletnek az igazolásaként tekintették, de azóta megkérdőjelezhető.