Ganymede
komposisi esnya daripada permukaan gelap. Analisis spektrum resolusi-tinggi, inframerah-dekat dan ultraviolet yang didapat oleh wahana antariksa "Galileo" dan dari permukaannya telah mengungkapkan beragam bahan bukan-air: karbon dioksida, belerang dioksida dan, mungkin, sianogen, hidrogen sulfat dan bermacam-macam senyawa organik. Hasil-hasil "Galileo" juga telah
menunjukkan magnesium sulfat (MgSO) dan, mungkin, natrium sulfat (NaSO) pada permukaan Ganymede. Garam-garam ini mungkin berasal dari samudra di bawah permukaan.
Permukaan Ganymede asimetris; belahan depannya-yang menghadap ke arah gerakan orbit-lebih terang daripada yang ada di belakang. Ini mirip dengan Europa, namun yang sebaliknya terjadi dengan Callisto. Belahan belakang Ganymede tampaknya kaya akan belerang dioksida. Sebaran karbon dioksida tidak menunjukkan asimetri belahan apapun, meski ia tidak teramati dekat
kutub. Kawah tubrukan di permukaan Ganymede (kecuali satu) tidak menunjukkan kayanya kandungan karbon dioksida, yang juga membedakannya dari Callisto. Level karbon dioksida Ganymede mungkin habis pada masa dahulu.
Ganymede tampaknya berdiferensiasi sepenuhnya, terdiri atas inti besi sulfida-besi, mantel silikat dan mantel es luar. Model ini didukung oleh rendahnya nilai momen inersia yang takberdimensi--yang diukur selama terbang mendekat "Galileo". Kenyataannya, Ganymede momen inersianya adalah yang terendah di antara benda-benda Tata Surya.
Keberadaan inti cair kaya besi memberikan penjelasan ilmiah bagi medan magnet intrinsik Ganymede yang terdeteksi oleh "Galileo". Konveksi dalam besi cair, yang daya hantar listriknya tinggi, adalah model yang paling diterima dari pembangkitan medan magnetik.
Ketebalan yang tepat dari lapisan-lapisan yang berbeda pada interior Ganymede bergantung dari asumsi komposisi silikat (fraksi olivin dan piroksen) dan banyaknya belerang di inti itu. Nilai yang paling mungkin adalah 700-900 km untuk jari-jari inti dan 800-1000 km untuk ketebalan mantel es luar, dengan sisanya terbuat dari mantel silikat. Kerapatan inti itu adalah 5.5-6
g/cm dan mantel silikat itu adalah 3.4-3.6 g/cm. Beberapa model pembangkitan medan magnetik memerlukan adanya inti solid yang terdiri dari besi murni di dalam inti Fe-FeS cair- mirip dengan struktur inti Bumi. Jari-jari inti ini mungkin mencapai 500 km. Suhu inti Ganymede mungkin 1500-1700 K dengan tekanan hingga 100 kBar (10 Gpa).
Permukaan Ganymedian adalah campuran dari dua tipe medan permukaan: daerah gelap dengan sangat banyak kawah tubrukan serta sangat tua, daerah gelap dan daerah yang lebih terang yang agak lebih muda (tapi masih purba) ditandai dengan banyaknya jajaran lekukan serta punggung bukit. Medan permukaan gelap, yang merupakan sekitar sepertiga permukaannya, mengandung lumpur dan bahan organik yang dapat menandakan komposisi dari benda penubruk dari mana satelit-satelit Yovian terakresi.
Mekanisme pemanasan yang diperlukan untuk membentuk medan berlekuk-lekuk pada permukaan Ganymede merupakan problem yang tak terpecahkan dalam ilmu keplanetan. Pandangan modern adalah bahwa medan berlekuk itu sifatnya terutama tektonik. Kriovulkanisme dianggap hanya berperan kecil, kalau ada. gaya yang menyebabkan tekanan yang kuat pada litosfer es Ganymedian
yang perlu untuk memulai aktivitas tektonik mungkin berhubungan dengan peristiwa pemanasan pasang-surut dahulu kala, mungkin timbul saat satelit itu melewati resonansi orbital yang tidak stabil. Pemuluran pasang-surut terhadap es mungkin telah memanaskan interiornya dan menegangkan litosfernya, menimbulkan terbentuknya retakan serta patahan sembul dan graben, yang menghilangkan
medan yang terang dan tua pada 70% permukaannya. Pembentukan medan berlekuk-lekuk mungkin juga berkaitan dengan pembentukan inti mula-mula serta pemanasan pasang-surut lanjutan pada bagian dalam satelit itu, yang menyebabkan sedikit mengembangnya Ganymede sebesar 1-6% akibat perubahan wujud zat pada es dan pemuaian termal. Selatam evolusi lanjutan, semburan air
yang dalam dan panas mungkin muncul dari inti ke permukaannya, menimbulkan deformasi tektonik pada litosfer. Pemanasan radiogenik di dalam satelit adalah sumber panas yang paling relevan pada saat ini, menyebabkan, contohnya, pada kedalaman samudranya. Model riset telah ditemukan bahwa jika eksentrisitas orbitnya berada pada besar yang lebih daripada yang ada sekarang
(seperti yang ada pada masa lalu) pemanasan pasang-surut akan menjadi sumber panas yang lebih penting daripada pemanasan radiogenik. Keberadaan kawah terlihat pada kedua tipe medan permukaan Ganymede, namun banyak terjadi pada permukaan gelap: tampaknya ia jenuh dengan kawah tubrukan dan telah sangat berevolusi melalui peristiwa tabrakan. Di permukaan berlekuk yang
lebih terang terdapat lebih sedikit kenampakan tubrukan, yang hanya memiliki sekidit kepentingan pada evolusi tektoniknya. Kerapatan kawah menandakan usia 4 miliar tahun bagi permukaan gelap, mirip dengan dataran tinggi Bulan, dan agak lebih muda bagi permukaan berlekuk (namun seberapa lebih muda tidak diketahui). Mungkin Ganymede telah mengalami satu periode sangat
banyaknya pembentukan kawah pada 3.5 sampai 4 miliar tahun yang lalu seperti yang terjadi pada Bulan. Jika benar, kebanyakan tubrukan terjadi pada masa tersebut, sedangkan tingkat pembentukan kawah menjadi lebih kecil sejak saat itu. Kawah-kawah itu bertumpang tindih dan dilewati oleh sistem lekukan permukaannya, menandakan bahwa beberapa lekukan itu cukup
tua umurnya. Kawah yang relatif muda dengan pancaran-pancaran juga kentara. Kawah-kawah Ganymedian lebih pipih daripada kawah di Bulan dan Merkurius. Hal ini mungkin karena sifat kerak es Ganymede yang relatif lemah, yang (mungkin) dapat mengalir dan melunakkan reliefnya. Kawah purba yang reliefnya telah menghilang hanya meninggalkan jejak kawah yang dikenal sebagai palimpsest.
Satu kenampakan penting lain pada Ganymede adalah dataran gelap yang diberi nama Galileo Regio, yang terdiri dari serangkaian lekukan atau alur-alur sepusat, yang mungkin terbentuk selama suatu periode aktivitas geologis. Ciri menonjol lainnya pada Ganymede adalah tutupan kutub yang mungkin terdiri atas es air. Es itu meluas hingga 40° lintangnya. Kap kutub ini terlihat
pertama kali oleh wahana angkasa "Voyager". Teori-teori terhadap pembentukan kap-kap itu di antaranya berpindahnya air ke lintang yang lebih tinggi dan pengeboman oleh plasma es. Data dari wahana "Galileo" mengindikasikan bahwa yang belakangan adalah benar.
Pada tahun 1972, satu tim yang terdiri atas astronom India, Inggris dan Amerika yang sedang bekerja di Observatorium Bosscha, Indonesia mengklaim bahwa mereka telah mendeteksi atmosfer tipis disekitar satelit itu selama okultasi, saat Ganymede dan Jupiter lewat di depan sebuah bintang. Mereka memperkirakan bahwa tekanan permukaannya sekitar 1 Bar (0.1 Pa). Akan tetapi, tahun 1979 "Voyager 1"
mengamati okultasi bintang ( Centauri) selama ia terbang melintas pada planet itu, dengan hasil yang berbeda. Pengukuran okultasi itu dilakukan dalam spektrum ultraviolet-jauh dengan panjang gelombang lebih pendek daripada 200 nm; mereka lebih peka terhadap keberadaan gas daripada pengukuran dalam spektrum optik pada tahun 1972. Tidak ada atmosfer yang terungkap dalam data "Voyager".
Batas atas pada densitas jumlah partikel permukaan ditemukan bernilai, yang berkaitan dengan tekanan permukaan yang kurang dari. Nilai yang belakangan hampir sebesar lima kali daripada yang terukur pada tahun 1972, menandakan bahwa interpretasi yang lebih awal terlalu optimistik.
Meski ada data "Voyager", bukti akan atmosfer oksigen tipis di Ganymede, yang sangat mirip dengan yang ada di Europa, ditemukan oleh teleskop luar angkasa Hubble pada tahun 1995. Sebenarnya teleskop Hubble mengamati pijaran udara dari oksigen atomik pada ultraviolet-jauh pada panjang gelombang 130.4 nm dan 135.6 nm. Pijaran udara semacam itu tereksitasi saat oksigen molekuler