地球自由振荡可以视为由许多独立的简谐运动（即 “振型”）的叠加，不同振型的频率取决于地球内部的特性，因此，利用地球自由振荡资料可以研究地球内部结构。
当地球自由振荡的阶数大于100时（即周期小于100s），只能反映地球最上部50km（主要是地壳部分）的情况。当阶数小于10时，自由振荡周期可以达到10min以上，能反映整个地球的性质。当阶数在10～100之间时，其周期大约在10min～100s之间，主要是反映地幔的性质。因此，自由振荡的周期决定于地球内部各层的密度和弹性。正是基于此点，自由振荡对于研究地球内部构造是很有用的。它虽然不能像体波方法那样可以提供地球内部结构的某些细节，但能避免体波方法所使用的震源和台站分布不均匀的缺点，更好地获得地球内部某些参数的平均值。
目前，地球自由振荡资料的研究主要应用于以下几个方面。
（1）核查以往基于体波研究得出的地球内部构造的结果。很显然，依据任何合理的构造模型都应该计算出与观测结果相符的自由振荡的周期。因此，每一个观测周期都为地球构造提供了一个条件方程。
（2）对地球内部结构的某些特征，作出独立而明确的判断。例如，如果把整个地核都看做是液态的，那么计算出的2S2，1S0，2S0，3S0，4S0的周期就偏离相应的观测值很大。而如果认为内核是固态的，则计算结果就与观测值相符。因此，自由振荡资料加强了对内核固态性质的认识。
（3）通过对比地球自由振荡的振幅和相位的计算值与观测值，可以得到有关震源的信息。在给定地球模式和震源基本参数（断层的走向、倾向、倾角、震源深度、断层面面积、错距等）的情况下，可以计算自由振荡的振幅和相位，然后与相应的观测值对比，确定出震源参数。
（4）综合运用自由振荡、体波和面波资料，可以推导出兼顾多种观测资料的地球构造（图4-20）。
通过建立的各种地球模型计算得到的地球自由振荡的频率与实际观测到的频率对比，不仅可以检验和改善地球模型，还可进一步求得密度ρ（r）、弹性系数λ（r）及μ（r）随深度的变化。另外，由于地球内部介质弹性性质横向变化所引起的谱分裂或谱脉冲位移一般都能观测到，故可从走时的变化得到源与接收点之间弹性性质的横向变化信息。
图4-20 哈特-布伦地球模型
地球自由振荡与地震体波方法互相“取长补短”，增进了对地球内部的认识，使地球模型更加完善和接近实际。
图4-21是自由振荡谱进行周期分析的结果。图中横轴表示频率数，纵轴表示对应功率（谱振幅的平方）的对数。上面的为基谐球振型曲线，下面的为基谐扭振型曲线，竖的实线和虚线分别表示这两种模式的理论值，都对应于功率谱周期的不连续处。可见它们的主峰值出现的位置呈现出很好的一致性。
地球自由振荡谱为地球内部构造及介质非均匀和非弹性性质的研究提供可靠的信息，成为研究地球内部结构的一种新手段。
地球自由振荡的发现，以及用于研究地球内部结构和震源机制，可谓20世纪60年代初期地球物理学界的一件大事。
图4-21 地震功率谱