让华枫惊奇的是『潮』汐热能在两种地形中均可见到，但是在暗区中分布的更为密集这一区域遭遇过大规模的陨石轰击，因而撞击坑的分布呈饱和状态。
较为明亮的槽沟地形区分布的撞击坑则较少，在这里由于构造变形而发育起来的地形成为了主要地质特征。
撞击坑的密度表明暗区的地质年龄达到了40亿年，接近于月球上的高地地形的地质年龄；而槽沟地形则稍微年轻一些（但是无法确定其确切年龄）。和月球类似，在35-40亿年之前，木卫三经历过一个陨石猛烈轰击的时期如果这种情况属实，那么这个时期在太阳系内曾经发生了大规模的轰击事件，而这个时期之后轰击率又大为降低在亮区中，既有撞击坑覆盖于槽沟之上的情况，也有槽沟切割撞击坑的情况，这说明其中的部分槽沟地质年龄也十分古老。
木卫三上也存在相对年轻的撞击坑，其向外发散的辐『射』线还清晰可见。木卫三的撞击坑深度不及月球和水星上的，这可能是由于木卫三的冰质地层质地薄弱，会发生位移，从而能够转移一部分的撞击力量许多地质年代久远的撞击坑的坑体结构已经消失不见，只留下一种被称为变余结构（英语palipsest）的残迹
木卫三的显着特征包括一个被称为伽利略区的较暗平原，这个区域内的槽沟呈同心环分布，可能是在一个地质活动时期内形成的。另外一个显着特征则是木卫三的两个极冠，其构成成分可能是霜体。这层霜体延伸至纬度为40°的地区。旅行者号首次发现了木卫三的极冠。目前有两种解释极冠形成的理论，一种认为是高纬度的冰体扩散所致，另一种认为是外空间的等离子态冰体轰击所产生的。伽利略号的观测结果更倾向于后一种理论，
1972年，一支在印度尼西亚的波斯查天文台工作的印度、英国和美国天文学家联合团队宣称他们在一次掩星现象中探测到了木卫三的大气，当时木星正从一颗恒星之前通过。他们估计其大气压约为1微巴（01帕）。
1979年旅行者1号在飞掠过木星之时，借助当时的一次掩星现象进行了类似的观测，但是得到了不同的结果。旅行者1号的掩星观测法使用短于200纳米波长的远紫外线光谱进行观测，这比之1972年的可见光谱观测法，在测定气体存在与否方面要精确得多。
旅行者1号的观测数据表明木卫三上并不存在大气，其表面的微粒数量密度最高只有15x103，对应的压力小于25x10微巴。后一个数据较之1972年的数据要小了5个数量级，说明早期的估计太过于乐观了，
木卫三表面的假『色』温度图不过1995年哈勃空间望远镜发现了木卫三上存在稀薄的、以氧为主要成分的大气，这点类似于木卫二的大气。哈勃望远镜在1304纳米到1356纳米段的远紫外线光谱区探测到了原子氧的大气光。
这种大气光是分子氧遭受电子轰击而离解时所发出的，这表明木卫三上存在着以o分子为主的中『性』大气。其表面微粒数量密度在12-7x103范围之间，相应的表面压力为02-12x10微巴。这些数值在旅行者号1981年探测的数值上限之内。这种微量级的氧气浓度不足以维持生命存在；其来源可能是木卫三表面的冰体在辐『射』作用下分解为氢气和氧气的过程，其中氢气由于其原子量较低，很快就逃逸出木卫三了。
木卫三上观测到的大气光并不像木卫二上的同类现象一般在空间分布上呈现均一『性』。哈勃望远镜在木卫三的南北半球发现了数个亮点，其中两个都处于纬度50°地区——即木卫三磁圈的扩散场线和聚集场线的交界处。同时也有人认为亮点可能是等离子体在下落过程中切割扩散场线所形成的极光。
中『性』大气层的存在着木卫三上也应该存在电离层，因为氧分子是在遭受来自磁圈和太阳远紫外辐『射』的高能电子轰击之后而电离的。但是和大气层一样，木卫三电离层的『性』质也引发了争议。伽利略号的部分观测发现在木卫三表面的电子密度较高，表明其存在电离层，但是其他观测则毫无所获。通过各种观测所测定的木卫三表面的电子密度处于400-2,5003范围之间。及至2008年，木卫三电离层的各项参数仍未被精确确定。
证明木卫三含氧大气存在的另一种方法是对藏于木卫三表层冰体中的气体进行测量。1996年，科学家们公布了针对臭氧的测量结果。1997年，光谱分析揭示了分子氧的二聚体（或双原子分子）吸收功能，即当氧分子处于浓相状态时，就会出现这种吸收功能，而如果分子氧藏于冰体之中，则吸收功能最佳。
二聚体的吸收光谱位置更多的取决于纬度和经度，而非表面的反照率——随着纬度的提高，吸收光谱的位置就会上移。而相反的，随着纬度的提高臭氧的吸收光谱则会下移。实验室的模拟试验表明，在木卫三上表面温度高于100k的地区，o并不会聚合在一起，而是扩散至冰体中。
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