En ekstremt tynn atmosfære er sammensatt av karbondioksid og sannsynligvis molekylært oksygen. I tillegg finnes en intens ionosfære. Callisto antas å ha blitt dannet av sakte akkresjon fra skiven av gass og støv som omga Jupiter etter dannelsen av planeten. Langsom akkresjon og mangelen på tidevannsoppvarming ga for lite varme for en rask differensiering. Konveksjonen i Callistos indre like etter dannelsen, førte til delvis differensiering og muligens til dannelsen av en liten, steinete kjerne og et underjordisk hav.