Umbriel
Ilmuwan sejauh ini telah mengenali satu kelompok kenampakan permukaan di Umbriel, yaitu kawah tubrukan. Permukaan Umbriel memiliki lebih banyak kawah dan kawahnya lebih besar dibanding Ariel dan Titania. Umbriel juga tidak menunjukkan banyak aktivitas geologis. Nyatanya, di antara satelit-satelit Uranus, hanya Oberon yang memiliki lebih banyak kawah tubrukan dibanding Umbriel.
Diameter kawah yang diamati tercatat antara beberapa kilometer hingga 210 kilometer. Semua kawah Umbriel memiliki puncak di tengah, tapi tak memiliki "sistem ray". Di dekat khatulistiwa Umbriel terdapat kenampakan permukaan yang paling penting: kawah Wunda, yang diameternya sekitar 131 km. Wunda memiliki cincin materi cerah yang besar di dasarnya, yang tampaknya merupakan endapan tubrukan. Di dekat
Wunda terdapat kawah Vuver dan Skynd yang tidak memiliki cincin cerah tetapi memiliki puncak yang cerah di tengah. Penelitian menunjukkan kemungkinan keberadaan kenampakan tubrukan yang sangat besar dengan diameter 400 km dan kedalaman sekitar 5 km.
Seperti satelit Uranus lainnya, permukaan Umbriel terpotong oleh lembah-lembah. Namun, kenampakan tersebut tidak dikenali secara resmi akibat resolusi citra yang kurang baik dan penampilan satelit ini yang kurang memiliki kenampakan menghalangi pemetaan geologis.
Permukaan Umbriel yang sangat berkawah mungkin tetap stabil semenjak masa Pengeboman Berat Akhir. Satu-satunya tanda terjadinya aktivitas internal kuno adalah keberadaan lembah dan potongan gelap-poligon dengan bentuk kompleks yang berukuran dari puluhan hingga ratusan kilometer. Poligon ditemukan melalui fotometri "Voyager 2" dan tersebar secara seragam di permukaan Umbriel. Beberapa poligon berhubungan dengan depresi
sedalam beberapa kilometer dan mungkin terbentuk melalui aktivitas tektonik pada masa awal. Saat ini belum ada penjelasan mengapa Umbriel tampak gelap dan seragam. Permukaannya mungkin dilapisi oleh lapisan tipis bahan gelap (disebut "bahan umbral") yang dikeluarkan oleh tubrukan atau letusan vulkanik. Sebagai alternatif, kerak Umbriel mungkin sepenuhnya terdiri dari bahan gelap, yang mencegah
pembentukan kenampakan cerah seperti "ray system" di kawah. Namun, keberadaan kenampakan gelap di Wunda tampaknya membantah hipotesis ini.
Umbriel diduga terbentuk dari cakram protoplanet atau subnebula; cakram gas dan debu yang ada di sekitar Uranus setelah pembentukannya atau yang terbentuk akibat tubrukan besar yang membuat Uranus memiliki kemiringan sumbu yang besar. Komposisi subnebula ini masih belum diketahui; namun, kepadatan satelit-satelit Uranus yang lebih tinggi bila dibandingkan dengan satelit-satelit Saturnus
menunjukkan bahwa mungkin subnebula tersebut tidak kaya akan air. Mungkin juga terdapat banyak nitrogen dan karbon dalam bentuk karbon monoksida (CO) dan nitrogen molekuler (N) daripada amonia dan metana. Satelit yang terbentuk dalam subnebula seperti itu akan mengandung lebih sedikit es air (dengan CO dan N terperangkap sebagai klatrat) dan lebih banyak batu, sehingga memiliki kepadatan yang lebih tinggi.
Akresi Umbriel mungkin berlangsung selama beberapa ribu tahun. Tubrukan yang menyertai akresi menyebabkan pemanasan lapisan luar. Suhu maksimal dapat mencapai 180 K dalam kedalaman 3 km. Setelah berakhirnya pembentukan, lapisan bawah permukaan mendingin, sementara bagian dalam Umbriel memanas akibat peluruhan unsur radioaktif yang ada dalam bebatuannya. Lapisan dekat
permukaan yang mendingin berkontraksi, sementara bagian dalam meluas. Hal ini mengakibatkan tekanan ekstensional di kerak Umbriel, yang mungkin menyebabkan keretakan. Proses ini kemungkinan berlangsung selama sekitar 200 juta tahun, yang menunjukkan bahwa aktivitas endogenik sudah berakhir sejak miliaran tahun lalu.
Pemanasan akresi awal dan peluruhan unsur radioaktif mungkin mencairkan es bila terdapat unsur antibeku seperti amonia (dalam bentuk amonia hidrat) atau garam. Pencairan tersebut mungkin mengakibatkan pemisahan es dari batu dan pembentukan inti berbatu yang dikelilingi oleh mantel ber-es. Lapisan samudra cair yang kaya akan amonia mungkin terbentuk di batas antara inti dan
mantel. Suhu eutektik campuran ini 176 K. Namun, samudra tersebut mungkin telah beku sejak lama. Di antara satelit-satelit Uranus, Umbriel merupakan yang tidak mengalami proses pelapisan kembali secara endogenik, walaupun pada masa awalnya peristiwa tersebut mungkin terjadi.
Sejauh ini citra dekat Umbriel baru diabadikan oleh wahana "Voyager 2" saja. Wahana tersebut mengambil gambar Umbriel saat terbang lintas di Uranus pada Januari 1986. Jarak terdekat antara "Voyager 2" dengan Umbriel tercatat sebesar 325000 km, sehingga citra terbaik Umbriel memiliki resolusi 5.2 km. Citra-citra tersebut meliputi 40% permukaan, tapi hanya 20% gambar yang
kualitasnya layak untuk pemetaan geologis. Pada saat terbang dekat, belahan selatan Umbriel (seperti satelit lain) sedang menghadap ke arah Matahari, sehingga belahan utara tak dapat dipelajari. Belum ada wahana lain yang mengunjungi Uranus setelah "Voyager 2", dan belum ada misi yang direncanakan akan mengunjungi planet tersebut.