面温度在赤道地区平均爲110K（-163℃），两极更低，只有50K（-223℃），所以表面的水是永久冻结的。但是潮汐力所提供的热能可能会使表面冰层以下的水保持液态。这个猜想最初由针对潮汐热的一系列推测所引发（略为偏心的轨道和木卫二与其他伽利略卫星之间的轨道共振所产生的后果）。伽利略计划的读图团队在对伽利略号和旅行者号所拍摄的图像分析之后推测木卫二的地形特征意味着冰下海洋的存在。有学者将木卫二表面极富特色的混沌地形解释爲下层海水渗出地表而造成。但是这一解释争议极大，多数对木卫二进行研究的地质学家更倾向于支持一