Ganymede
terdisosiasi oleh tumbukan elektron, bukti dari atmosfer netral yang penting terutama terdiri dari molekul O. Kerapatan jumlah permukaan mungkin terletak antara, berkaitan dengan tekanan permukaan. Nilai ini sesuai dengan batas atas "Voyager" yang ditetapkan tahun 1981. Oksigen bukanlah bukti adanya kehidupan; ia dianggap dihasilkan saat es air pada
permukaan Ganymede terpecah menjadi hidrogen dan oksigen oleh radiasi, dengan hidrogen kemudian dengan cepat menghilang karena rendahnya massa atomnya. Pijaran udara yang diamati di Ganymede tidaklah homogen seperti di Europa. Teleskop Hubble mengamati dua bintik terang yang terletak di belahan utara dan selatan, dekat lintang  50°0, yang tepat merupakan batas antara garis medan
terbuka dan tertutup dari magnetosfer Ganymedian (lihat bawah). Bintik terang itu mungkin adalah aurora, yang disebabkan oleh presipitasi plasma di sepanjang garis medan terbuka. Adanya atmosfer netral mengimplikasikan bahwa ionosfer mestilah ada, karena molekul oksigen terionisasi oleh tumbukan elektron berenergi yang datang dari magnetosfer dan oleh radiasi UV ekstrem dari
matahari. Namun, sifat ionosfer Ganymedian sekontroversial sifat atmosfernya. Beberapa pengukuran wahana "Galileo" menemukan kenaikan kerapatan elektron dekat satelit itu, menyarankan adanya ionosfer, sementara data lainnya gagal mendeteksi apapun. Kerapatan elektron dekat permukaan diperkirakan oleh sumber-sumber yang berbeda terletak pada kisaran 400-2500 cm. Hingga tahun 2008, parameter dari ionosfer Ganymede tidak begitu diketahui batasannya.
Bukti tambahan tentang keberadaan oksigen berasal dari deteksi spektrum gas yang terperangkap di es di permukaan Ganymede. Pendeteksian pita Ozon (O) diumumkan pada tahun 1996. Tahun 1997, analisis spektroskopik mengungkapkan sifat menyerap dimer (atau diatom) dari oksigen molekuler. Penyerapan itu hanya dapat terjadi jika oksigen berada pada fase yang padat. Calon terbaik adalah oksigen
molekuler terperangkap dalam es. Dalamnya pita serapan dimer tergantung pada garis lintang dan garis bujur, bukan dari albedo permukaannya-mereka cenderung turun dengan naiknya garis lintang pada Ganymede, sedangkan O menunjukkan efek yang sebaliknya. Kerja di laboratorium menemukan bahwa O tidak akan mengelompok dan membentuk gelembung tetapi akan larut dalam es pada suhu permukaan Ganymede yang relatif hangat pada 100 K.
Pencarian terhadap natrium di atmosfernya, tak lama setelah penemuannya di Europa, tak menghasilkan apapun pada tahun 1997. Natrium setidaknya 13 kali kurang melimpah di sekitar Ganymede daripada di sekitar Europa, mungkin karena kekurangan relatif di permukaannya atau karena magnetosfernya memerangkap partikel berenergi. Penyusun lain yang sedikit dari atmosfer ganymedian adalah hidrogen atomik. Atom hidrogen diamati sejauh 3000 km dari permukaan satelit itu. Kerapatan mereka di permukaan Ganymede adalah sekitar.
Wahana "Galileo" melakuakan enam kali terbang rendah pada Ganymede dari tahun 1995-2000 (G1, G2, G7, G8, G28 dan G29) dan menemukan bahwa Ganymede memiliki momen magnet (intrinsik) yang permanen yang bebas dari medan magnet Jupiter. Momen tersebut nilainya sekitar, yang tiga kali lebih besar daripada momen magnet Merkurius. Dipol magnetiknya miring terhadap sumbu rotasi Ganymede sebesar
176°, yang berarti bahwa arahnya berlawanan dengan momen magnet Yupiter. Kutub utaranya terletak di bawah bidang orbitnya. Medan magnetik dipolnya yang timbul karena momen permanen ini besarnya 719  2 nT di ekuator satelit itu, yang bila dibandingkan dengan medan magnet Yovian pada jarak Ganymede-sekitar 120 nT. Medan ekuator Ganymede berlawanan arah dengan medan Yupiter, yang berarti
rekoneksi adalah mungkin. Kekuatan medan intrinsik di kutub adalah dua kali kekuatan di ekuator-1440 nT.
Momen magnetik permanen itu melewati satu bagian ruang di sekitar Ganymede, membuat magnetosfer kecil tertanam dalam magnetosfer Yupiter; ia merupakan satu-satunya satelit dalam Tata Surya yang diketahui memiliki ciri tersebut. Diameternya 4-5 R (R = 2.631.2 km). Magnetosfer Ganymede memiliki daerah dengan garis medan tertutup yang terletak di bawah garis lintang 30°, dimana partikel
bermuatan (elektron dan ion) terperangkap, membuat semacam sabuk radiasi. Spesies ion utama di magnetosfernya adalah oksigen tunggal terionisasi-O-yang sesuai dengan atmosfer oksigen tipis di satelit itu. Di daerah kap kutub, di garis lintang yang lebih tinggi daripada 30°, garis medan magnetiknya terbuka, menghubungkan Ganymede dengan ionosfer Yupiter. Di area ini,
elektron dan ion berenergi (puluhan dan ratusan keV) telah terdeteksi, yang mungkin menyebabkan aurora yang diamati di sekitar kutub ganymedian. Selain itu, ion-ion berat terus-menerus berjatuhan di permukaan kutub satelit itu, melemparkan atom-atom es dan menggelapkan es itu di sana. Intraksi antara magnetosfer ganymedian dan plasma Yovian dalam banyak segi mirip dengan
yang terjadi antara angin surya dan magnetosfer Bumi.. Plasma yang turut berputar segerakan dengan Yupiter itu menimpa sisi belakang magnetosfer ganymedian sangat mirip dengan angin surya menimpa magnetosfer Bumi. Perbedan utamanya adalah kecepatan aliran plasma-supersonik dalam kasus Bumi dan subsonik dalam kasus Ganymede. Karena aliran subsonik itu, tidak ada kejutan busur di lepas permukaan belakang Ganymede.
Selain momen magnet intrinsik, Ganymede mempunyai medan magnet dipol terinduksi. Keberadaannya berkaitan dengan variasi medan magnet Yovian dekat satelit itu. Momen terinduksi tersebut berarah radial ke atau dari Yupiter mengikuti arah bagian yang bervariasi dari medan magnet planet itu. Momen magnetik terinduksi itu lebih lemah daripada yang intrinsik. Kuat medan dari medan yang terinduksi di ekuator
magnetik adalah sekitar 60 nT-setengah dari kuat medan di sekitar Yupiter. Medan magnetik terinduksi Ganymede mirip dengan milik Callisto dan Europa, menandakan bahwa satelit ini juga memiliki samudra air di bawah permukaannya dengan daya hantar listrik yang tinggi.
Dengan diketahui bahwa Ganymede berdiferensiasi sepenuhnya dan memiliki inti metalik, mdan magnetik intrinsiknya mungkin timbul dengan cara yang sama dengan Bumi: hasilnya material penghantar bergerak di bagian dalamnya. Medan magnet yang dideteksi di sekitar Ganymede mungkin disebabkan oleh konveski bahan penyusun di intinya, jika medan magnet itu hasil dari aksi dinamo, atau magnetokonveksi.
Meski ada inti besi, magnetosfer Ganymede tetap menjadi teka-teki, terutama dengan diketahui bahwa benda-benda yang serupa tidak punya ciri seperti itu. Beberapa penelitian menyarankan bahwa, dengan ukurannya yang relatif kecil, intinya mestinya telah cukup mendingin ke titik dimana gerakan fluida dan medan magnet tidak bertahan keberadaannya. Satu penjelasan
adalah bahwa resonasi orbit yang sama yang diajukan telah mengacaukan permukaannya juga memungkinkan medan magnetik tetap ada: dengan eksentrisitas Ganymede naik dan pemanasan pasang-surut meningkat selama resonansi itu, mantelnya mungkin telah mengisolasi inti itu, mencegahnya mendingin. Penjelasan lain adalah kemagnetan sisa dari bebatuan
silikat di mantelnya, yang mungkin jika satelit itu punya lebih banyak medan yang dibangkitkan oleh dinamo pada masa lalu.
Ganymede mungkin terbentuk oleh akresi pada anak nebula Yupiter, piringan gas dan debu yang menyelimuti Yupiter setelah pembentukannya. Akresi Ganymede mungkin berlangsung selama sekitar 10 000 tahun, jauh lebih singkat daripada 100 000 tahun perkiraan untuk Callisto. Anak nebula Yovian itu mungkin relatif "lapar-gas" saat satelit-satelit Galilean terbentuk; ini
mungkin memungkinkan lamanya waktu akresi yang diperlukan untuk Callisto. Kontras dengan itu Ganymede terbentuk lebih dekat pada Yupiter, dimana anak nebula lebih padat, yang menjelaskan singkatnya skala waktu pembentukannya. Pembentukan yang relatif cepat ini menghindari lepasnya panas akresi, yang menyebabkan cairnya es dan diferensiasi planet: pemisahan batu dan