En 1610, Galileo apuntó al cielo con su telescopio recién inventado y vio cuatro cuerpos celestes rodeando a Júpiter. Desde entonces se han vuelto familiares como las lunas galileanas (una de ellas, Ganímedes, es la luna más grande del sistema solar). En los 383 años posteriores a las observaciones de Galileo, se descubrieron 12 satélites más alrededor de Júpiter. También se descubrió un halo complejo, con un campo magnético 400 millones de veces más fuerte que el de la Tierra (todos los gigantes gaseosos tienen campos magnéticos fuertes).
Los cuatro satélites galileanos de Júpiter también han atraído la atención de muchos astrónomos. La gente no sólo realiza observaciones a largo plazo de ellos en tierra, sino que también lanza naves espaciales a sus alrededores para realizar investigaciones in situ.
Io es un satélite galileano cercano a Júpiter. Su tamaño, masa y distancia a Júpiter son aproximadamente los mismos que los de la Luna. Hay una gran cantidad de rocas ígneas en la superficie de la luna, lo que indica que hubo una fuerte actividad volcánica en la historia geológica de la luna. Sin embargo, no ha habido actividad volcánica intensa en la superficie de la Luna desde hace al menos más de dos mil millones de años. A diferencia de la Luna, Ío tiene actualmente una intensa actividad volcánica. Esto significa que Ío tiene una de las superficies sólidas más jóvenes y activas del sistema solar. Ahora se ha descubierto que en Ío hay cientos de cráteres con un diámetro de más de 20 kilómetros y que al menos nueve volcanes están en erupción. Cuando un volcán entra en erupción, el material es expulsado hacia arriba a una velocidad de 1 kilómetro por segundo. Las nubes de humo pueden elevarse hasta 100 kilómetros de altura. Las erupciones volcánicas liberan grandes cantidades de gas dióxido de azufre, que forma la atmósfera de Ío. La ionosfera de Io se forma por ionización de moléculas atmosféricas. Los iones de la ionosfera escapan y proporcionan plasma para la magnetosfera de Júpiter. La superficie de Io es plana, con vastas llanuras y montañas escarpadas. La ceniza volcánica hace que la superficie de Io sea colorida y vívida.
No se ha encontrado actividad volcánica en Europa. La capa rocosa de Europa está cubierta por una capa de manto de hielo de unos 100 kilómetros de espesor, lo que lo convierte en un planeta casi blanco; en su ecuador hay manchas oscuras y áreas brillantes, las cuales son depresiones, posiblemente causadas por impactos de meteoritos; Hay enormes grietas en el hielo de Europa. La brecha de hielo más grande tiene 70 kilómetros de ancho, 1.600 kilómetros de largo y varios kilómetros de profundidad. Si las bacterias y las plantas unicelulares sobreviven en las grietas es un tema de exploración para futuras naves espaciales.
Ganimedes tiene más agua y hielo que Europa, y su capa de hielo superficial es más gruesa. Ganímedes tiene una red compleja y entrelazada de superficies superficiales, algo así como líneas de longitud y latitud, formadas por bandas brillantes lineales y discontinuas. La superficie de Ganímedes también está densamente cubierta de numerosos cráteres de impacto. Antiguamente se creía que Titán era el satélite más grande del sistema solar, con un radio de 2.900 kilómetros. Sin embargo, la nave espacial "Voyager 1" voló a las proximidades de Saturno para realizar mediciones precisas y midió su radio en 2.575 kilómetros, confirmando así que el satélite más grande es Ganímedes. Ganímedes tiene un radio de 2635 kilómetros, su volumen es 3,5 veces el de la Luna y es más grande que Mercurio. La masa de Ganímedes es el doble que la de la Luna y también es el primero de los 66 satélites. Sin embargo, su masa no es tan grande como la de Mercurio. Esto se debe a la alta densidad de Mercurio.
Calisto tiene la temperatura superficial más alta entre los cuatro satélites galileanos de Júpiter. También tiene una capa helada y está lleno de cráteres de impacto.
Varios otros satélites de Júpiter son pequeños satélites con radios de sólo decenas de kilómetros o menos.