Uranus besteht hauptsächlich aus Gasen, wie die Gasriesen Jupiter und Saturn, jedoch unterscheidet sich sein Aufbau deutlich von deren Aufbau. Der Uranuskern besitzt vermutlich ungefähr die Masse der Erde, wobei er aber etwas kleiner ist. Aus Computersimulationen kann man schließen, dass der Kern wahrscheinlich aus Eisen, Silikaten und Eis besteht. Ob der Kern fest oder flüssig ist, wird derzeit untersucht. Über dem Kern liegt im Gegensatz zu Jupiter oder Saturn keine Schicht aus metallischem Wasserstoff, sondern eine Schicht aus komprimiertem Wasser-, Methan-, und Ammoniakeis. Dieser Mantel nimmt schätzungsweise zwei Drittel des Planetenradius ein, also rund 16.000 bis 17.000 Kilometer. In ihm konzentriert sich der Großteil der Planetenmasse. Über dem Eismantel befindet sich eine Schicht, in der die atmosphärischen Hauptbestandteile Wasserstoff und Helium teilweise in flüssiger Form vorliegen. Modellrechnungen sehen für diese Schicht eine Dicke von etwa einem Drittel des Planetenradius vor. In den äußeren Randzonen geht sie fließend in die gasförmige, rund 350 Kilometer dicke, unterste Atmosphärenschicht, die Troposphäre, über.
Ungewöhnlich ist die Tatsache, dass Uranus nicht mehr Energie in Form von Infrarotstrahlung abgibt, als er von der Sonne bekommt. Möglicherweise besteht hier ein Zusammenhang mit der vermuteten katastrophalen Kollision, die seine Rotationsachse derart kippte. Alle anderen Gasplaneten unseres Sonnensystems strahlen aufgrund innerer Kontraktion mehr Energie ab, als sie von der Sonne empfangen.