על אף היותו מורכב בעיקר מימן והליום, רוב המסה של שבתאי אינה בשלב הגז, משום שהידروجן הופך לנוזל לא אידיאלי כאשר הצפיפות עולה על 0.01 ג / ס"מ3, אשר מגיעה ברדיוס המכיל 99.9% ממסת שבתאי. הטמפרטורה, הלחץ והצפיפות בתוך שבתאי עולים בהתמדה לכיוון הליבה, מה שגורם לידروجן להיות מתכת בשכבות העמוקות יותר. מודלים פלנטריים סטנדרטיים מצביעים על כך שהליבה הפנימית של שבתאי דומה לזו של צדק, שיש לה ליבה סלעית קטנה מוקפת מימן והליום עם מידות נמוכות של נזקים שונים. ליבה זו דומה בהרכבתה לכדור הארץ, אך צפופה יותר. בדיקת המסה הכבידה של שבתאי, עם המודלים הפיזיים הפנימיים, איפשרה להציב את הנוזל על פני הליבה של שבתאי בשלב גז. בשנת 2004, מדענים העריכו כי תהליך זה עשוי להתרחשף באופן הדרגתי דרך ריכוז
25,000 ק"מ