갈릴레이 위성에 속하는 목성의 위성 중에 하나로 이오는 그리스 신화에서 제우스의 여인 중 한명이자 헤라의 여사제인 이오의 이름을 가져와서 지어졌다고 한다. 목성의 위성으로는 갈릴레이 위성이라고 불리는 유로파, 칼리스토, 가니메데가 있는데 이 목성의 위성 중에서 세 번째로 크며 지름은 3,642km로 태양계에서 네 번째로 큰 위성이라고 한다. 이오는 목성의 중심부에서부터 42만 1700킬로미터에 떨어져 공전하고 있으며 목성을 한 번 공전하는 데 걸리는 시간은 42.5시간으로 비교적 빠른 속도라고 한다. 이오는 달이나 다른 갈릴레이 위성들처럼 공전 주기와 자전 주기가 일치하며 목성을 향해 한쪽 면만을 계속 향하고 있다. 또한 이오는 갈릴레이 위성 중 가장 안쪽 궤도에서 돌고 있으며 그 궤도는 목성의 또 다른 위성인 테베와 유로파 사이에 자리 잡고 있다. 목성에 가깝게 위치한 위성까지 포함하면 이오는 목성으로부터 다섯 번째로 가깝다고 한다. 궤도 공명이란 쉽게 말해 두 천체가 일직선으로 놓일 때 서로를 중력으로 미는 걸 말하는데 이오는 유로파와 2:1의 궤도 공명을 보이며 가니메데와는 4:1 궤도 공명을 보인다고 한다. 즉 유로파가 목성을 한 번 돌 경우 이오는 두 번 도는 것이고, 가니메데가 목성을 한 번 돌 때 이오는 네 번 돈다는 뜻이다. 이러한 궤도 공명으로 인해 이오에 열을 공급하게 되면서 지질학적 활동을 만들어준 주원인이 된다.
이오의 기온은 저고도에서는 낮은 온도를 가지고 있으며 높은 고도에서는 대기가 희박하여 이오의 플라스마 토러스의 플라스마나 줄 발열에 의해 가열되면서 1800k에 이른다고 한다. 이오의 대기압 또한 매우 낮아 이오의 지표면에 대기가 미치는 영향은 적으나 예외적으로 이오의 대기가 영향을 끼칠 때가 있는데 이산화 황의 고체상이 많은 지역에서 적은 지역으로 일시적인 이동이 일어날 때와 화산 분출물의 고리가 커질 때 그렇다.
이오의 밀도는 매우 높고 얼음이나 수화된 광물의 결정수 형태로 존재하는 것이 확인되었지만 이오에는 물이 거의 존재하지 않는다고 한다. 이것은 태양계의 진화 과정 당시 목성의 온도가 너무 높아 휘발성이 강했던 물은 이오의 주변 우주 공간으로 증발하였기 때문이라고 보고 있다. 또한 이오는 태양계에서 지질학적으로 활발하게 움직이는 위성 중 하나로 이렇게 활발한 지질 활동은 목성과 갈릴레이의 위성들이 밀고 당기기를 하여 생기는 조석 가열 때문이라고 한다.
이오의 표면은 100개 이상의 산이 덮고 있는데 규산염 지각에서 벌어지는 압축에 의해 생겨났다. 산의 평균 높이는 6킬로미터라고 하며 이 중에서 지구의 에베레스트산보다 더 높은 것도 있다고 한다. 이오의 산들은 대부분 크고 지질 구조상으로 일반화되어 있는 윤곽이 특별하게 없으며 고립된 구조처럼 보인다. 이오의 대부분 산은 화산 활동으로 생긴 것이 아니라 지질 구조 때문이라고 한다. 이오의 산은 최외곽 구간인 암석권 아랫부분에 가해지는 압축 응력으로 생겨난 것인데 압력을 받은 이오의 지각판은 충상 단층 작용을 통해 솟아오르고 기울어진다. 또한 위성 표면 전체에 걸쳐 있는 산의 분포 모습은 화산 구조 분포와는 반대로 보이며 산은 화산이 드문 곳에 몰려 있다. 이오의 산은 다양한 형태를 보이며 그중에 가장 흔한 것은 고원 모양으로 그 구조는 거대하고 꼭대기가 평평하며 표면의 기복이 심한 편이다.
이오는 목성의 자기권이 형성되는 데에 큰 영향을 미치며 목성의 자기권은 이오의 희박한 대기로부터 초당 1톤의 속도로 기체와 먼지를 끌어당긴다고 한다. 과학자들은 이오의 표면에도 달 같이 수많은 충돌구가 있을 것이라고 예측했지만, 이오의 표면에는 충돌구가 거의 보이지 않았으며 그 대신 이오 표면에는 높은 산들이 박혀 있는 매끄러운 평지, 다양한 모양의 구덩이들과 활발한 화산 활동으로 생긴 용암류로 덮여 있었다. 이러한 용암류는 이오의 대표적인 지형 특징으로 들 수 있는데 마그마는 바닥의 구멍이나 평원 표면의 틈을 통해 분출하는데 이렇게 화산 중심에서 흘러나오는 용암류 지형이 수백개나 된다고 한다. 화산 폭발이 일어나면서 용암류가 만들어지는데 용암은 규산염과 현무암 성분이 대부분이고 고철 질암 등이 섞여 있다. 이오는 여러 화산 활동으로 표면 위 200km까지 이산화 황과 황의 연기를 뿜어내고 있다.
이오 표면에는 다양한 유황 화합물로 이루어진 다양한 색의 물질로 덮여 있었고 표면에 충돌구가 없는 것으로 보아 이오의 표면은 지질학적으로 젊어서 충돌구가 생겨난다고 하더라도 화산 분출물이 그 위에 끊임없이 흘러내려 흔적으로 지우는 것으로 추측되었다. 광범위하게 일어나는 화산 활동으로 분출된 규산염, 이산화 황 등 다양한 물질로 뒤덮이게 되기 때문에 색이 다채로운 것이며 그중에서도 특히 이산화 황은 이오의 표면에 넓게 분포되어 있으며 그렇기 때문에 이오의 표면은 넓은 부분은 흰색이나 회색 물질로 뒤덮이게 되었다. 또한 광범위한 용암 분출도 일어나며 이러한 용암 분출은 이오의 표면에 자국을 남기게 된다. 이러한 화산 활동으로 생성된 물질들은 이오의 표면을 얇게 덮으며 주로 이산화 황으로 구성된 대기를 형성하고 일부는 목성의 자기권 내로 들어가기도 한다. 이오의 화산들은 각각의 기능들을 담당하고 있는데 화산 폭발로 파편을 날리고 용암을 흐르게 하여 표면은 빨간색, 흰색, 초록색 등의 황 화합물로 덮는다. 태양계의 위성들은 주로 얼음으로 구성되어 있는 반면에 이오는 다른 위성들과 다르게 용융 상태의 철과 철 핵을 둘러싼 규산염 암석으로 이루어져 있으며 표면은 이산화 황과 황의 서리로 뒤덮여 있다고 한다.