根据旅行者号和伽利略号测量的卫星质量、半径和四极引力系数（关于质量在内部如何分布的数值）建立的模型，建议它的内部和外部之间是有所不同的，富含硅酸盐的外壳和内部的地幔，铁或硫化铁－富含在核心，金属核心的质量大约占了艾奥质量的20%。
依据核心中硫的含量，如果完全由铁组成，核心的半径在350至650公里（220至400英里）之间；如果由铁和硫混和组成，核心的半径则在550至900公里（310至560英里）。伽利略号的磁强计没有测出艾奥内部的磁场，所以认为核心没有对流。
模型也建议艾奥内部的组成，地幔至少有75%由富含镁的矿物橄榄石组成，并且有大量类似于L球粒陨石和LL球粒陨石的陨石，并且有更高的铁含量相较于地球的卫星月球的硅，但仍比火星低，要维持在艾奥上观察到的热流，10-20%的地幔也许是溶解的，但观察到高温的火山作用地区，也许有更高的被熔解比例。由于广泛的火山作用，艾奥的岩石圈主要由硫磺和玄武岩组成，它的厚度至少有12公里（7英里），但不会超过40公里（25英里）。
不同于地球和月球，艾奥内部的热源主要来自潮汐散逸而不是放射性同位素的衰变，这是艾奥的轨道与欧罗巴和盖尼米德共振的结果。这样的热化与木星和艾奥的距离、轨道的离心率、它的内部构造和物理状态有关。它和欧罗巴与盖尼米德的拉普拉斯共振，维系了艾奥的离心率并且防止了它因潮汐散逸而使轨道变圆。
小主，这个章节后面还有哦，请点击下一页继续阅读，后面更精彩！轨道共振也帮助艾奥维持到木星的距离，否则木星涌起的潮汐将导致艾奥的轨道成螺旋形的逐渐由外向内的朝母行星接近。艾奥的潮汐隆起在轨道上的近木点和远木点的时刻之间有着100米（330英尺）的垂直变化。
由于这种潮汐拉扯在艾奥的内部产生了摩擦或是潮汐散逸，如果没有轨道共振，这些将使得艾奥的轨道变得更圆；在艾奥的内部创造更大的潮汐加热，使这颗卫星内部更多的地幔和核心被熔化。如此产生的能量大于放射性衰变的200倍，这些热量以火山活动的形式被释放出来，造成在观测上看见的高热流（全球总量：0.6至1.6×10瓦）。它的轨道模型认为艾奥内部的潮汐加热会随着时间而改变，并且目前的热流也不是长时间平均的代表。
基于他们对月球、火星和水星等古老表面的经验，科学家预期在旅行者1号传回的第地一张艾奥的影像上将看见许多的撞击坑。横跨在表面的撞击坑密度可以提供艾奥的年龄，但是，他们很惊讶的发现在表面几乎全无撞击坑，取而代之的是光滑的平原，和在表面有着各式各样大小的火山口和火山的熔岩流。
与各地被观测过的点来比较，艾奥的表面有着五颜六色的来自不同的硫磺组成的材料（比较起来艾奥的前导半球有着腐败的橘子或是披萨的颜色）。缺乏撞击坑表示艾奥的表面是很年轻的，像是地球的表面；火山口被它们制造的连绵不绝的火山物质掩埋掉。在旅行者1号短暂的观察下，证实了这个壮观的情景，至少有9座活火山存在着。
艾奥五颜六色的表面是它广泛的火山作用导致各种各样材料的结果，这些材料包含硅酸盐（例如直辉石类）、硫磺和二氧化硫二氧化硫的霜横跨并普遍的存在于艾奥表面，形成白色或灰色材料组成的广大区域。散布在中纬度和极区的硫磺，经常受到辐射的破坏，造成稳定的8链硫磺被破坏。这种辐射的破坏使得艾奥的极区呈现红褐色。
爆发的火山，经常产生伞形的流束，将表面涂装上硫磺和硅酸盐的材料。流束在艾奥表面的沉积物会依据流束内硫磺和二氧化硫数量的不同而呈现白色或红色。通常，从包含大量S2的火山形成的流束，会导致红色的扇形沉积，或是在极端的例子中，形成大的红色环。
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