望遠鏡發明之後的第一批天文成果之一，是伽利略在1610年發現的木星的4顆最大衛星，一般把它們統稱為伽利略衛星。在此後的3個多世紀當中，天文學家一直猜不透它們的表面情況究竟如何，更不要說其物理性質、內部構造等問題了。因為，即使是在很好的觀測條件下，用口徑很大的望遠鏡進行觀測，它們也只是些星點子。
到目前為止，太陽系裏已經發現的衛星超過60顆，其中直徑在3000公裏以上的大衛星有7顆，而4顆伽利略衛星全部當選，木衛三最大，直徑5200多公裏，遠大於水星和冥王星。人們不無理由猜測，伽利略衛星也許從表面到本質有許多相同或類似之處。
20世紀70年代末，行星探測器為我們揭示了不少有關它們的秘密。它們似乎可以分成兩組：木衛一和木衛二的直徑和密度都與月球不相上下，說明它們基本上都是富含矽酸鹽的巖體結構；木衛三和木衛四的體積大，密度卻不大，表明它們含有富含矽酸鹽的核之外，外層有著大量處於冰凍狀態的水、氨和甲烷等,兩者的比例約為1與6之比。
差異更大的是這4顆伽利略衛星的表面。
木衛一：最使科學家驚訝的是它劇烈的火山活動。由於存在著硫磺及其化合物的緣故，表面呈橙紅色。探測器發現至少有9個火山處於不同的活動狀態，有1個正在猛烈地噴發，把一些氣體和固體物質拋到了450公裏的高度，噴發速度超過每秒0.4公裏，而地球上的這類噴發，速度一般都不超過每秒0.1公裏。在地球之外的天體上發現火山噴發，這在太陽系的歷史上還是第一次。
此外，還發現許多熱點，約占衛星總面積的1%，它們可能是由熔巖湖或由稍冷表層覆蓋著的液態硫等造成的；以及數以百計的死火山口，直徑都在20公裏以上，地球上這麽大的火山口也許只有15個左右。
月明特最由於火山活動，噴出物就不斷地在表面上進行堆積，使表面形態發生變化，其速度之快遠遠超出我們的想象，木衛一的表層可能因此而被更換過好幾次了。總的說來，它的表面還是比較平坦的。
木衛二：表面的最大特征是到處都有縱橫交錯的條紋狀結構，非常清楚，非常有趣，誰見了都會想起畫著火星「運河」的那些圖。表面十分平坦，既無高地，也無盆地，黑色條紋是它明亮冰層外殼上的黑色裂縫。冰層有多厚？有各種不同的估計，從幾百米到幾十公裏，甚至更厚些。
木衛三：表面大體是冰和巖石的混合體，巖石主要由矽酸鹽組成，沒有明顯的高山和盆地，有不少山脊和峽谷的標誌，有的寬達數公裏到數十公裏，垂直高度達好幾百米，非常壯觀。有不少環形山，比較密集在表面暗黑的部份，這裏實際上是地質年齡最古老的區域。明亮區域比黑暗區域要年輕些，可以看到有著一系列地質活動的痕跡。
木衛四：表面最引人註意的是環形山特多，不僅在4顆伽利略衛星中是首屈一指的，比起以環形山多而著稱的月球來，有過之無不及。環形山多而山口沒有遭到破壞，表明表面的地質年齡比其他3顆衛星都大。表面的一個很大特征是帶同心圓環的大盆地，其中間部份直徑約600公裏，最外層同心環的直徑竟達2600公裏！有的同心環盆地放射出奇特的亮光，說明那裏存在著一定厚度的冰層。
4顆伽利略衛星為我們提供了非常豐富的表面特征資料，它們所傳達的資訊將有助於對木星系乃至整個太陽系天體起源和演化的認識。
