讓華楓驚奇的是潮汐熱能在兩種地形中均可見到，但是在暗區中分布的更為密集：這一區域遭遇過大規模的隕石轟擊，因而撞擊坑的分布呈飽和狀態。
    較為明亮的槽溝地形區分布的撞擊坑則較少，在這里由于構造變形而發育起來的地形成為了主要地質特征。
    撞擊坑的密度表明暗區的地質年齡達到了40億年，接近于月球上的高地地形的地質年齡；而槽溝地形則稍微年輕一些（但是無法確定其確切年齡）。和月球類似，在35-40億年之前，木衛三經歷過一個隕石猛烈轟擊的時期如果這種情況屬實，那么這個時期在太陽系內曾經發生了大規模的轟擊事件，而這個時期之后轟擊率又大為降低在亮區中，既有撞擊坑覆蓋于槽溝之上的情況，也有槽溝切割撞擊坑的情況，這說明其中的部分槽溝地質年齡也十分古老。
    木衛三上也存在相對年輕的撞擊坑，其向外發散的輻射線還清晰可見。木衛三的撞擊坑深度不及月球和水星上的，這可能是由于木衛三的冰質地層質地薄弱，會發生位移，從而能夠轉移一部分的撞擊力量許多地質年代久遠的撞擊坑的坑體結構已經消失不見，只留下一種被稱為變余結構（英語：palimpsest）的殘跡
    木衛三的顯著特征包括一個被稱為伽利略區的較暗平原，這個區域內的槽溝呈同心環分布，可能是在一個地質活動時期內形成的。另外一個顯著特征則是木衛三的兩個極冠，其構成成分可能是霜體。這層霜體延伸至緯度為40°的地區。旅行者號首次發現了木衛三的極冠。目前有兩種解釋極冠形成的理論，一種認為是高緯度的冰體擴散所致，另一種認為是外空間的等離子態冰體轟擊所產生的。伽利略號的觀測結果更傾向于后一種理論，
    1972年，一支在印度尼西亞的波斯查天文臺工作的印度、英國和美國天文學家聯合團隊宣稱他們在一次掩星現象中探測到了木衛三的大氣，當時木星正從一顆恒星之前通過。他們估計其大氣壓約為1微巴（0.1帕）。
    1979年旅行者1號在飛掠過木星之時，借助當時的一次掩星現象進行了類似的觀測，但是得到了不同的結果。旅行者1號的掩星觀測法使用短于200納米波長的遠紫外線光譜進行觀測，這比之1972年的可見光譜觀測法，在測定氣體存在與否方面要精確得多。
    旅行者1號的觀測數據表明木衛三上并不存在大氣，其表面的微粒數量密度最高只有1.5×10?cm3，對應的壓力小于2.5×10?微巴。后一個數據較之1972年的數據要小了5個數量級，說明早期的估計太過于樂觀了，
    木衛三表面的假色溫度圖不過1995年哈勃空間望遠鏡發現了木衛三上存在稀薄的、以氧為主要成分的大氣，這點類似于木衛二的大氣。哈勃望遠鏡在130.4納米到135.6納米段的遠紫外線光譜區探測到了原子氧的大氣光。
    這種大氣光是分子氧遭受電子轟擊而離解時所發出的，這表明木衛三上存在著以O?分子為主的中性大氣。其表面微粒數量密度在1.2-7×10?cm3范圍之間，相應的表面壓力為0.2-1.2×10?微巴。這些數值在旅行者號1981年探測的數值上限之內。這種微量級的氧氣濃度不足以維持生命存在；其來源可能是木衛三表面的冰體在輻射作用下分解為氫氣和氧氣的過程，其中氫氣由于其原子量較低，很快就逃逸出木衛三了。
    木衛三上觀測到的大氣光并不像木衛二上的同類現象一般在空間分布上呈現均一性。哈勃望遠鏡在木衛三的南北半球發現了數個亮點，其中兩個都處于緯度50°地區——即木衛三磁圈的擴散場線和聚集場線的交界處。同時也有人認為亮點可能是等離子體在下落過程中切割擴散場線所形成的極光。
    中性大氣層的存在著木衛三上也應該存在電離層，因為氧分子是在遭受來自磁圈和太陽遠紫外輻射的高能電子轟擊之后而電離的。但是和大氣層一樣，木衛三電離層的性質也引發了爭議。伽利略號的部分觀測發現在木衛三表面的電子密度較高，表明其存在電離層，但是其他觀測則毫無所獲。通過各種觀測所測定的木衛三表面的電子密度處于400-2,500cm3范圍之間。及至2008年，木衛三電離層的各項參數仍未被精確確定。
    證明木衛三含氧大氣存在的另一種方法是對藏于木衛三表層冰體中的氣體進行測量。1996年，科學家們公布了針對臭氧的測量結果。1997年，光譜分析揭示了分子氧的二聚體（或雙原子分子）吸收功能，即當氧分子處于濃相狀態時，就會出現這種吸收功能，而如果分子氧藏于冰體之中，則吸收功能最佳。
    二聚體的吸收光譜位置更多的取決于緯度和經度，而非表面的反照率——隨著緯度的提高，吸收光譜的位置就會上移。而相反的，隨著緯度的提高臭氧的吸收光譜則會下移。實驗室的模擬試驗表明，在木衛三上表面溫度高于100K的地區，O?并不會聚合在一起，而是擴散至冰體中。
    當在木衛二上發現了鈉元素之后，科學家們便開始在木衛三的大氣中尋找這種物質，但是到了1997年都一無所獲。據