张晓辰明白与不少外太阳系的卫星不同，木卫一与类地行星有不少相似的地方，其表层由硅酸盐熔岩所构成，根据伽利略号所观测的数据中，它的内核可能由硫化铁所组成，其半径估计最少有900公里。
人们以前一直认为，木卫一表面定拥有不少环形山。可是从旅行者1号于1979年传回地球的照片中，木卫一表面的环形山并不多，并非如人们所想，这是因为其火山活动使它的地形不断改变。
于是，人们便把它不断更新的表面看成是“年轻”的，因为这些地形是新近形成；相反，月球表面满布陨石坑，并保留了数十亿年，人们便把月球的表面看成是“年老”的。
除了火山外，木卫一其他的景观，仅有一些普通的山脉、溶化硫湖泊、深度达数百公里的破火山口，以及长达数百公里的低黏度液体在流动，可能是液态硫或是硅酸盐。此外，木卫一的硫磺及其化合物拥有多种不同的颜色，形成了它独特多变的外观。
科学家从两艘旅行者号传回的多张照片作出分析，相信木卫一表面的熔岩流，主要由融化了的硫化物所组成。
但是从地面的红外线研究结果中，测得木卫一热点的温度可高达2000K，比硫的沸点还要高出1300K，因此有指这些熔岩不太可能是硫，木卫一的整体平均温度为130K，比热点温度低得多，而最新的理论也指出那些熔岩流是由硅酸盐组成。根据哈勃太空望远镜的观测结果，这些物质可能富含金属元素钠，在不同地方也可能含有不同的物质。
木卫一大气层极端稀薄，只有地球大气压力的十亿分之一，主要的成分是二氧化硫，氯化钠、一氧化硫及氧也有少许。
其他伽利略卫星均拥有固态水，木卫一所含的水却极少，人们认为是早期的木星温度很高，其热力可以蒸发木卫一上的水，但其他大型卫星的水则不足以蒸发。
它所有活动所需要的能量可能来自于它与木卫二、木卫三及木星之间的交互引潮力。这三颗卫星的共动关系固定，木卫一的公转周期是木卫二的一半，后者是木卫三的一半。虽然木卫一就像地球的卫星月球一般，只用固定的一面朝向其主星，由于木卫二与木卫三的作用使它有一点点不稳定。它使木卫一扭动、弯曲，大约有100米长，并在复原扭曲的循环中产生能量。
木卫一同样切割木星的磁场线，生成电流。对于引潮力而言由此产生的能量不多，但电流的功率仍有1兆瓦特。它也剥去了一些木卫一的物质，并在木星周围产生强烈的凸起状辐射。在凸出面中脱离的粒子部分地造成了木星的巨大磁层。
艾奥比地球的卫星月球略大一些，它的平均半径是1，821.3公里（比月球大约5%），质量是8.9319×10公斤（大约比月球多21%）。它的形状略为椭球，而它最长的轴是指向木星的。在伽利略卫星中，艾奥的质量和体积都比盖尼米德和卡里斯托小，但比欧罗巴大。
主要由硅酸盐岩石和铁组成，艾奥在外太阳系的卫星中比其他的卫星都更接近类地行星的结构主体，其它的主要由碎冰和硅酸盐混合组成。艾奥的密度为3.5275gcm是太阳系的卫星中密度最高的；明显的比其他的伽利略卫星高，也比地球的月球要高。