위성은 행성 둘레를 도는 천체를 말한다. 이 중에서 사람이 만든 위성은 인공위성이라고 하고 자연적인 위성을 자연 위성이라고 한다. 태양계에서 수소나 헬륨 등을 주성분으로 하는 목성형 행성들은 모두 여러 개의 위성을 거느리고 있으며 그중에서도 행성인 수성과도 견줄 만큼 큰 천체도 있다. 반면 규산염으로 된 암석이나 금속 등 고체 상태의 물질을 주성분으로 하는 지구형 행성은 목성형 행성보다 상대적으로 위성이 조금 가지고 있는 경우나 아예 위성을 갖고 있지 않은 행성도 있다. 목성의 대표적인 위성으로는 가니메데, 칼리스토, 이오, 유로파 등이 있다.
가니메데는 목성의 위성으로 태양계의 위성 중에서 가장 밝고 크다고 한다. 목성 준 성운이 형성된 이후에 목성 주변의 가스와 먼저에서 형성된 것으로 추측한다. 가니메데의 정착은 1만년 정도로 추측되기에 10만년 정도 걸린 칼리스토에 비해서 비교적 짧은 편에 속한다. 이렇게 짧았던 이유는 준 성운의 밀도가 짙은 목성 근처에서 형성하면서 상대적으로 짧은 시간이었을 것이라고 추측한다. 이러한 상대적으로 빠른 형성은 부가적인 열을 잃는 것을 방지해주면서 얼음이 용용 하여 얼음과 암석이 분화되는 등 천체의 물질이 여러 층으로 분리되는 현상인 행성 분화 과정으로 되었을 수도 있다. 가니메데의 형성 이후 가니메데의 핵은 형성 과정에서 생겨난 열을 유지했고 그 이후에 마치 열을 저장하는 건전지처럼 아주 천천히 얼음 맨틀에 열을 전달했다. 맨틀은 대류에 의해 열을 표면으로 전달하면서 이후에 암석 내에 방사성 원소가 붕괴하면서 핵을 더욱 가열시키며 분화를 촉진했다. 이처럼 가니메데는 완전히 분화된 구조로 변화해 갔다.
가니메데는 태양계에서 자체 자기장이 있는 유일한 위성이라고 한다. 가니메데의 궤도는 목성에서 평균 1,070,400km 떨어져 있어서 갈릴레이 위성 중에서는 목성에서 세 번째로 멀리 떨어져 있다고 한다. 어떤 천체가 자신보다 질량이 큰 천체를 공전 및 자전할 때 공전주기와 자전 주기가 일치하는 경우를 의미하는 것을 조석 고정이라고 하는데 가니메데는 이러한 이유로 한 면이 항상 목성을 바라보고 있다고 한다. 또한 가니메데의 궤도는 목성의 적도에 대해서 약간 기울어져 있다고 한다. 공전 주기는 약 7일이며 가니메데는 지름 5,262km로 행성인 수성보다 길지만 질량은 수성의 45%에 불과하다고 한다. 가니메데는 규산염 암석과 얼음이 거의 동일한 비율로 이루어져 있다. 얼음의 질량 분율은 45~50% 사이라고 보고 있고 이것은 칼리스토에 비해 약간 낮다고 한다. 또한 암모니아와 같은 추가적인 휘발성 얼음도 존재한다고 보고 있다. 가니메데의 물체가 빛을 받았을 때 반하는 정도인 표면 반사율은 43% 정도라고 한다. 구조는 잘 분화되어 중심의 철이 풍부한 액체 상태의 핵, 얼음과 지하 바다가 번갈아 가며 여러 층을 이루고 있는 바깥 부분으로 구성된 것으로 추정된다. 가니메데의 핵은 풍부한 철을 가지고 있으며 이 풍부한 철로 인해 자기장이 존재한다는 것을 발견하였다. 액체 철 핵에서는 분자들이 확산이나 이류를 통해 이동하는 현상인 대류 현상이 일어나고 이는 높은 전도성을 갖게 한다. 황화철-철로 이루어진 핵과 규산으로 이루어져 있는 맨틀로 이루어져 있고 가니메데 내부에 있는 이층의 자세한 길이는 규산염의 비율 가정과 핵에 있는 황산에 양에 따라 달라진다. 1970년 과학자들이 두 얼음층 사이에 거대 바다가 있을 것이라고 봤었으며 1994년 미항공우주국의 갈릴레오 우주선은 가니메데를 지나쳐 가면서 위성에 있는 바다를 확인하였다. 물과 바위의 접촉은 생명의 기원이 되는 중요한 요인으로 가니메데는 여러 층의 얼음과 암석 맨틀에 인접해 있는 여러 층의 바다로 이루어져 있다고 밝혔다. 표면에는 2가지 지형이 혼합되어 있는 모습인데 전체적으로 높은 지형과 충돌구가 존재한다. 어두운 부분과 밝은 부분의 2가지 지형으로 되어 있는데 어두운 영역은 다소 오래되지 않아 보이고 밝은 영역에는 도랑과 평지의 조합으로 이루어져 있다.
가니메데는 어두운 부분은 40억 년 전에 생긴 충돌구와 함께 위성 표면의 3분의 1 정도를 덮고 있고 그보다 덜 오래된 듯한 광범위한 균열과 능선이 가로지르고 있는 밝은 부분은 나머지를 덮고 있다고 한다. 이렇게 가니메데는 크게 두 가지 부분으로 나뉜다고 한다. 현재 가니메데의 표면은 자연적인 지각 변동에 의한 홈이 많다고 하며 이는 얼음 화산의 존재 여부로 인해 홈이 많아지는 것에 조금의 역할을 했다고 추측되는데 가니메데의 얼음 암석 지각에 많은 양의 압력을 준 것은 조석 굴곡 과정에 생겨나며 자전과 공전 에너지가 행성이나 위성에 열로써 방출되는 조석 가열과 연관이 되어 있을 수 있고 위성이 불안정한 공전하는 두 천체의 공전 주기로 인해 서로에게 주기적으로 일정하게 중력적 영향을 가하는 궤도 공명 때문에 일어난 것일 수도 있다고 보고 있다.
충돌구의 지형은 두 가지로 분류되는데 밝은 부분보다 어두운 지역에서는 충돌구가 많이 보인다. 충돌구의 밀도로 가니메데의 나이를 추산한 결과 어두운 곳의 충돌구는 나이가 40억년 정도 되었다. 홈이 파인 지형은 조금 젊은 편에 속한다. 가니메데는 35~40억 년 전에 '운석 폭풍'을 맞은 것으로 보이고 이는 달의 시기와 일치한다. 충돌구들은 새로운 지형에 덮여 씌워지고 협곡들에 의해서 갈라지기도 하며 파인 지형의 일부는 상당히 오래되었다. 달과 수성의 충돌구보다 가니메데의 충돌구가 더욱 평탄한 것이 가니메데의 충돌구 특징인데 이런 이유로는 가니메데의 약한 얼음 지각에 의한 것으로 흐르면서 충돌구를 메꾸어 낸다. 이렇게 사라진 고대 충돌구의 대표적인 예는 얼음 표면에서 천천히 움직이며 사라지거나 얼음 화산의 분출로 인해 사라지며 이 흔적은 테두리에 유령처럼 원형의 알베도가 높은 구조인 "팰름시스트"가 있다.