天王星基本上是由岩石和各种各样的冰组成的，它仅含有15％的氢和一些氦（与大都由氢组成的木星和土星相比是较少的）。天王星和海王星在许多方面与木星和土星在去掉巨大液态金属氢外壳后的内核很相象。虽然天王星的内核不像木星和土星那样是由岩石组成的，但它们的物质分布却几乎是相同的。
天王星的大气层含有大约83％的氢，15％的氦和2％的甲烷。
如其他所有的气态行星一样，天王星也有带状的云围绕着它快速飘动。但是它们太微弱了，以至只能由旅行者2号经过加工的图片才可看出。最近由哈博望远镜的观察显示的条纹却更大更明显。据推测，这种差别主要是由于季节的作用而产生的（太阳直射到天王星的某个低纬地区可能造成明显的白天黑夜的作用）。