望远镜发明之后的第一批天文成果之一，是伽利略在1610年发现的木星的4颗最大卫星，一般把它们统称为伽利略卫星。在此后的3个多世纪当中，天文学家一直猜不透它们的表面情况究竟如何，更不要说其物理性质、内部构造等问题了。因为，即使是在很好的观测条件下，用口径很大的望远镜进行观测，它们也只是些星点子。
到目前为止，太阳系里已经发现的卫星超过60颗，其中直径在3000公里以上的大卫星有7颗，而4颗伽利略卫星全部当选，木卫三最大，直径5200多公里，远大于水星和冥王星。人们不无理由猜测，伽利略卫星也许从表面到本质有许多相同或类似之处。
20世纪70年代末，行星探测器为我们揭示了不少有关它们的秘密。它们似乎可以分成两组：木卫一和木卫二的直径和密度都与月球不相上下，说明它们基本上都是富含硅酸盐的岩体结构；木卫三和木卫四的体积大，密度却不大，表明它们含有富含硅酸盐的核之外，外层有着大量处于冰冻状态的水、氨和甲烷等,两者的比例约为1与6之比。
差异更大的是这4颗伽利略卫星的表面。
木卫一：最使科学家惊讶的是它剧烈的火山活动。由于存在着硫磺及其化合物的缘故，表面呈橙红色。探测器发现至少有9个火山处于不同的活动状态，有1个正在猛烈地喷发，把一些气体和固体物质抛到了450公里的高度，喷发速度超过每秒0.4公里，而地球上的这类喷发，速度一般都不超过每秒0.1公里。在地球之外的天体上发现火山喷发，这在太阳系的历史上还是第一次。
此外，还发现许多热点，约占卫星总面积的1%，它们可能是由熔岩湖或由稍冷表层覆盖着的液态硫等造成的；以及数以百计的死火山口，直径都在20公里以上，地球上这么大的火山口也许只有15个左右。
月明特最由于火山活动，喷出物就不断地在表面上进行堆积，使表面形态发生变化，其速度之快远远超出我们的想象，木卫一的表层可能因此而被更换过好几次了。总的说来，它的表面还是比较平坦的。
木卫二：表面的最大特征是到处都有纵横交错的条纹状结构，非常清楚，非常有趣，谁见了都会想起画着火星「运河」的那些图。表面十分平坦，既无高地，也无盆地，黑色条纹是它明亮冰层外壳上的黑色裂缝。冰层有多厚？有各种不同的估计，从几百米到几十公里，甚至更厚些。
木卫三：表面大体是冰和岩石的混合体，岩石主要由硅酸盐组成，没有明显的高山和盆地，有不少山脊和峡谷的标志，有的宽达数公里到数十公里，垂直高度达好几百米，非常壮观。有不少环形山，比较密集在表面暗黑的部分，这里实际上是地质年龄最古老的区域。明亮区域比黑暗区域要年轻些，可以看到有着一系列地质活动的痕迹。
木卫四：表面最引人注意的是环形山特多，不仅在4颗伽利略卫星中是首屈一指的，比起以环形山多而著称的月球来，有过之无不及。环形山多而山口没有遭到破坏，表明表面的地质年龄比其他3颗卫星都大。表面的一个很大特征是带同心圆环的大盆地，其中间部分直径约600公里，最外层同心环的直径竟达2600公里！有的同心环盆地放射出奇特的亮光，说明那里存在着一定厚度的冰层。
4颗伽利略卫星为我们提供了非常丰富的表面特征资料，它们所传达的信息将有助于对木星系乃至整个太阳系天体起源和演化的认识。
