木星伽利略卫星为 1610 年意大利天文学家伽利略·伽利莱用望远镜首先发现的四颗木星卫星，按照距离木星的距离依次是木卫一、木卫二、木卫三和木卫四，其名字按照次序分别为“艾奥”（Io）、“欧罗巴”（Europa）、“加尼美得”（Ganymede）和“卡里斯托”（Callisto）。

伽利略卫星是木星的四颗卫星，即木卫一（Io）、木卫二（Europa）、木卫三（Ganymede）、木卫四（Callisto），是意大利天文学家伽利略在1610年发现的，因而得名。它们的轨道呈圆形，其轨道平面几乎都和木星的赤道面重合，自转周期和绕木星转动的周期相同，是太阳系内四个较大的卫星。

1610年1月7日，伽利略观测发现在木星的东边，有两颗明亮的小星星，而在木星西边还有一颗小星星。1月8日，木星周围出现三颗小星星，同样在木星两边，而且排成一线。1月9日，天空多云，未进行观测活动。1月10日，木星周围只有两个小星星。伽利略猜测另一颗可能被木星挡在背后。 1月11日，伽利略得出结论，这三颗小星星都是围绕着木星运动，就同金星、土星、围绕着太阳运动一样。1月13日，伽利略发现木星周围的第四颗小星星，而且注意到这颗小星星并不闪烁发光。伽利略没有间断观察，直到3月2日，伽利略肯定地得出结论，这四颗小星星都是木星的卫星，围绕木星运动。伽利略马上就把他的新发现告诉了其他人，并在帕多瓦大学进行公开演讲与展示，宣布他的天文新发现。

对这四颗伽利略卫星命名的是德裔荷兰天文学家西蒙·马里乌斯（Simon marius）（1573~1624)，他还宣称自己在伽利略之前就发现了它们。

这些卫星的发现对于日心体系的确立起了历史性的作用。十七世纪七十年代，丹麦天文学家罗默正是通过伽利略卫星被木星掩食的现象第一次测出了光的传播速度。十七世纪以来，对伽利略卫星的研究取得了许多成果。

木卫一“艾奥”是木星四颗伽利略卫星中最靠内侧的一颗，公转轨道距离木星422，000公里，其直径约3630公里，除了地球之外，木卫一是太阳系中唯一一颗被证实存在频繁火山活动的星球。由于木卫一的引力较弱，大型爆发事件产生的碎屑喷发物会上升到很高的位置上。

木卫一有稀薄的大气，由二氧化硫与其他气体组成。与外层太阳系的卫星不同，木卫一与木卫二的组成与类地行星类似，主要由炽热的硅酸盐岩石构成。其表面也与太阳系中其他星体截然不同，这使得科学家在第一次接触旅行者号发回的数据时非常惊奇。他们原以为在类地星体上应布满了受撞击后留下的大大小小的环形山，然后以单位面积内留下的“弹坑”来估计星球外壳的年龄。但实际上木卫一的表面环形山极少，简直屈指可数。这样看来，其表面非常年轻。

木卫一有着令人惊异的多种地形：有向下有数千米深的火山口，有炽热的硫湖，有很明显不过的非火山的连绵山脉，流淌着数百千米长的粘稠的液体，还有一些火山喷口。硫和其化合物的多种颜色使得木卫一表面的颜色多样化。

木卫一表面的最热点温度可达700K，虽然它的平均温度只有大约130K。这些热点是木卫一损失其热量的主要原因。不像其他伽利略发现的卫星，木卫一几乎没有水。这可能由于在太阳系进化过程的初期，木星太热，把木卫一较易挥发的物质都蒸发掉了。

对旅行者号的图片分析使得科学家确信木卫一表面的熔岩流大多由炽热的硫的化合物组成。然而，接下去的基于地表的研究表明对那里温度过高，不会有液态硫。一个当前的说法是，木卫一的熔岩流是由炽热的硅酸盐岩石组成的。最近的哈勃望远镜的观察表明那些物质中可能富含钠，或者说那里不同的地方物质有着不同的组成成分。

木卫一所有活动所需要的能量可能来自它与木卫二、木卫三及木星之间的交互引潮力。这三颗卫星的共动关系固定，木卫一的公转周期是木卫二的两倍，后者是木卫三的两倍。虽然木卫一就像地球的卫星月球一般，只用固定的一面朝向其主星，由于木卫二与木卫三的作用使它有一点点不稳定。它使木卫一扭动、弯曲，大约有100米长，并在复原扭曲的循环中产生能量。木卫一同样切割木星的磁场线，生成电流。对于引潮力而言由此产生的能量不多，但电流的功率仍有1兆瓦特。它也剥去了一些木卫一的物质，并在木星周围产生强烈的凸起状辐射。在凸出面中脱离的粒子部分地造成了木星的巨大磁层。

来自伽利略号的最近数据显示木卫一可能有自己的磁场，就像木卫三一样。

木卫二（Europa）是木星的第六颗已知卫星，并是木星的第四大卫星，比月球稍微小一点，直径为3138 千米，由伽利略于1610年发现。木卫二的组成与类地行星相似：主要由硅酸盐岩石组成。但是与木卫一不同，木卫二有一个薄薄的冰外壳。

木卫二上的环形山很少；只发现三个直径大于5千米的环形山。木卫二的表面照片与地球海洋上的冰的照片相似。这可能是因为木卫二表面的冰以下有一层液态的水，或许有50千米深，由引潮力带来的热量保持液态。如果是这样的话，这将是除地球之外，太阳系中唯一一个有大量的液态水存在的地方。

木卫二有一个含氧的稀薄大气。不像地球的大气中的氧，木卫二的并不是生物形成的。它最可能是由于太阳光中的电荷粒子撞击木卫二的冰质表面而产生水蒸气，然而分成氢气和氧气。氢气脱离，留下了氧气。

木卫二是太阳系中最明亮的一颗卫星，几百年来它以它的独特性使一批又一批的科学家对它着迷。它之所以显得如此明亮是由于它表面有一层冰壳，能强烈地反射太阳光线。目前科学界普遍认为，木卫二表面没有陆地，寒冷的外壳冰层下面是一片汪洋大海，水量比地球拥有的水要多得多。海洋正在吸收大量的氧气，甚至远比预测模型显示的要多。海底部分区域应该与地球深海热泉周围环境极为相似，其构成足以支持多种生命形态存活。

木卫三为最大的木星已知卫星，也是第七颗发现的木星卫星，在伽利略发现的卫星中离木星第三近。木卫三距离木星 1，070，000 千米，卫星直径为5262 千米，质量为1.48e23 千克。它的直径大于水星，质量约为水星的一半，也是太阳系中最大的卫星。

木卫三被伽利略于1610年发现。但其实早在2000多年前，我国战国时楚国著名天文学家甘德就发现了，可因为当时科学还不被广泛普及，所以这个结论被认为为谬论。直到1610年伽利略发现才证实了这一说法。

木卫三（Ganymede）是环绕木星运行的一颗卫星。是太阳系最大的卫星，直径约5276千米。木卫三仅需要一个多星期即可绕木星旋转一圈，离木星有1070000千米。

在伽利略号接触木卫三之前，普遍认为它与木卫四是一块石质物质外包一个大的水或冰水混合物作为地幔，并有一个冰外壳（这与土卫六和海卫一相似）。来自伽利略号的初步数据提议木卫四有一个独一无二的组成成份，而木卫三则有三个层结构：一个小型的铁或铁硫化物内核，外面是硅酸盐岩石地幔，最外部是冰质外壳。事实上，木卫三除了一个冰外壳外，与木卫一极相似。

木卫三的表面很粗糙，混有两种地形：非常古老，陨坑遍布的黑暗区，和相对年轻的有着大片凹槽和山脊的较明亮地区。它们的起源很显然不过是因为自然构造的，但详情不很清楚。在这方面，木卫三可能与地球，及金星或火星类似。

哈勃望远镜发现了木卫三有稀薄的含氧大气的证据，与木卫二上发现的极相似。类似的凹槽与山脊的地形在土卫二、天卫五和天卫一也可见。黑暗区则与木卫四的表面相似。

两种地形上都有延伸的环形山，环形山的密集程度反映它已有了30-35亿的年龄，与月球并不多。环形山有时为凹槽所切断，说明凹槽也很古老。相当年轻的环形山通过发出的光线也可被看到。但是它不像月球，陨坑都较平，缺少环状的山相围，中央洼地则通常与月球和水星上的相同。这可能是由于木卫三的冰外壳较脆弱，使地质流动而缺少起伏的缘故。古老的环形山被逐渐抹去，常被称作“覆画”。

伽利略号飞行器第一次飞经木卫三时发现它有自己的磁场，内含于木星巨磁场中。这可能与地球类似：星体内部物质运动的结果。

研究人员发现，在木卫三表面的崎岖冰层下，可能藏有液态的咸水海洋。地下水源的存在，是星球上是否拥有生命迹象的重要指针。这项最新的结果使得“加尼米德”也成为第3颗拥有地下水源的木星卫星。另外2个类似的卫星，分别是木卫二以及木卫四。研究人员是在分析美国太空总署（NASA）的伽利略号宇宙飞船所传回的资料时，发现了可能的地底海洋。

木卫四是木星的第二大卫星，直径4821千米，平均密度小，意味着水占一半以上。它没有大气，其表面的陨击坑几乎达到饱和程度，没有像暗的月海那样的平坦平原；另一方面，它表面缺少带亮辐射纹的年轻陨击坑，又缺少构造活动证据来推断其表面很古老（至少像月海那么古老，因为在后来的漫长年代中很少或没有经历内部物质上涌等地质活动的改造，而因陨星尘积累使冰表面变暗）。