液态行星
木星的内部结构与众行星不同，它没有固体外壳，在浓密的大气之下是液态氢组成的海洋。
用天文望远镜观察木星，突出的特性是它那扁球形的外貌。其赤道半径与极半径相差近 5000 公里。木星的赤道半径为 71400 公里，为地球的 11.2 倍。体积为地球的 1316 倍。质量为 1.9×10³⁰ 克，为地球质量的 317.90 倍，比太阳系所有的行星、卫星、小行星等大小天体加在一起还重 1.5 倍。木星的平均密度是 1.33 克／厘米 ³，比水稍大。这说明，木星的大部分物质处于气体状态。木星两极的表面重力加速度为 23.22 米／秒 ²，赤道上为 27.07 米／秒 ²。在木星表面上，物体要有 61 公里／秒的速度才能脱离木星。所以木星能束缚住大量气体而不让它们跑掉。
木星和其他行星一样，也围绕太阳在椭圆轨道运动，轨道半长径约为 5.2 天文距离单位（即与太阳平均距离约为 7.78 亿公里），绕太阳公转一圈为 11.86 年，木星虽然在太阳系中体积最大，但却是太阳系中自转最快的行星，赤道部分自转一周为 9 小时 50 分 30 秒。由于自转速度快，使得它的形状很扁，大气条纹沿赤道伸展。
木星有稠密的大气，主要成分为氢和氦，还有甲烷、氨、碳、氧及少量的铁和硫。通过天文望远镜，我们看到木星有一些明暗交替的带纹平行于木星的赤道。这些带纹是木星快速自转而产生的大气环流。它们有上千公里厚，因而使我们看不见木星的表面。带纹中有时出现寿命长短不一的亮斑或暗斑。在木星赤道以南，有一个大红斑，它于 1665 年被法国天文学家卡西尼发现，至今已存在 300 多年了。大红斑呈蛋形，宽 14000 公里，长 30000 公里。其宽度似乎不变，长度却由发现之初的 30000 公里逐渐延伸为 40000 公里，现又缩到二万多公里。大红斑不但大小有变化，而且颜色也有变化，它有时浓艳，有时暗淡。大红斑是一个含有红磷化合物的大气漩涡，朝逆时针方向旋转，温度似乎比周围的木星大气低些。
对木星的辐射探测使我们得知，虽然木星不发光，但它发射的总辐射却是所受太阳辐射的 2.5 倍。这说明木星除了反射太阳的光和热之外，还具有内能源，其核心处于高温高压状态，但还不足以产生热核反应。科学家认为，木星过剩的能量是木星形成之初，从原始星云中聚集的热能。
为了探测太阳系外围空间的物理情况，迄今为止，共发射了 4 艘宇宙飞船，即“先驱者” 10 号、 11 号，“旅行者” 1 号和 2 号。它们都肩负着美国宇航局的重大科学考察项目。“先驱者 10 号”于 1972 年 3 月 2 日上午，一路上考察了行星际物质；1973 年 12 月 3 日与木星会合，在离木星 13 万公里处飞掠而过，探测到木星规模宏大的磁层，研究了木星大气，送回 300 多幅木星云层和木星卫星的彩色电视图像。“先驱者 11 号”飞船于 1973 年 4 月 6 日发射，1974 年 12 月 5 日到达木星。它离木星表面最近时只有 4.6 万公里，比“先驱者 10 号”近两倍。送回有关木星磁场、辐射带、重力、温度、大气结构以及 4 个大卫星的情况，并按地面指令调整航向，飞越在地面因视角不合适而难于观测的木星南极地带。“先驱者 11 号”在完成任务后，向着土星飞去。1977 年 8 月 20 日和 9 月 5 日，美国又相继发射了“旅行者 1 号”和“旅行者 2 号”飞船。这两艘飞船在仪器设备方面比“先驱者”10 号和 11 号先进。“旅行者 1 号”于 1979 年 3 月飞临木星，在 3 天之内探测了木星和 4 个伽利略卫星，以及木卫五，拍摄了数以千计的彩色照片，并进行了一系列科学考察。“旅行者 2 号”于 1979 年 7 月飞临木星，对木星进行了考察。两艘飞船在离开木星后，还要继续探测土星、天王星和海王星，然后飞出太阳系，到茫茫的宇宙中去寻找知音。
宇宙飞船发回的考察结果表明，木星有较强的磁场，表面磁场强度达 3～ 14 高斯，比地球表面磁场强得多（地球表面磁场强度只有 0.3～0.8 高斯）。木星磁场和地球的一样，是偶极的，磁轴和自转轴之间有 10°8′的倾角。木星的正磁极指的不是北极，而是南极，这与地球的情况正好相反。由于木星磁场与太阳风的相互作用，形成了木星磁层。木星磁层的范围大而且结构复杂，在距离木星 140 万～700 万公里之间的巨大空间都是木星的磁层；而地球的磁层只在距地心 7～8 公里的范围内。木星的四个大卫星都被木星的磁层所屏蔽，使之免遭太阳风的袭击。地球周围有条称为范艾伦带的辐射带，木星周围也有这样的辐射带。“旅行者 1 号”还发现木星背向太阳的一面有 3 万公里长的北极光。1981 年初，当“旅行者 2 号”早已离开木星磁层飞奔土星的途中，曾再次受到木星磁场的影响。由此看来，木星磁尾至少拖长到 6000 万公里，已达到土星的轨道上。
过去有人猜测，在木星附近有一个尘埃层或环，但一直未能证实。1979年 3 月，“旅行者 1 号”考察木星时，拍摄到木星环的照片，不久，“旅行者 2 号”又获得了木星环的更多情况，终于证实木星也有光环。木星光环的形状像个薄圆盘，其厚度约为 30 公里，宽度约为 6500 公里，离木星 12.8 万公里。光环分为内环和外环，外环较亮，内环较暗，几乎与木星大气层相接。光环的光谱型为 G 型，光环也环绕着木星公转，7 小时转一圈。木星光环是由许多黑色碎石块构成的，石块直径在数十米到数百米之间。由于黑石块不反射太阳光，因而长期以来一直未被我们发现。
木星有一层厚而浓密的大气层，大气的主要成分是氢，占 80％以上，其次是氦，约占 18％，其余还有甲烷、氨、碳、氧和水汽等，总含量不足 1％。由于木星有较强的内部能源，致使其赤道与两极温差不大，不超过 3℃，因此木星上南北风很小，主要是东西风，最大风速达 130～150 米／秒。木星大气中充满了稠密活跃的云系。各种颜色的云层像波浪一样在激烈翻腾着。在木星大气中还观测到有闪电和雷暴。由于木星的快速自转，因此能在它的大气中观测到与赤道平行的、明暗交替的带纹，其中的亮带是向上运动的区域，暗纹则是较低和较暗的云。
木星的大红斑位于南纬 23°处，东西长 4 万公里，南北宽 1.3 万公里。探测器发现，大红斑是一团激烈上升的气流，呈深褐色。这个彩色的气旋以逆时针方向转动。在大红斑中心部分有个小颗粒，是大红斑的核，其大小约几百公里。这个核在周围的反时针漩涡运动中维持不动。大红斑的寿命很长，可维持几百年或更长久。 由于木星离太阳平均距离为 7.78 亿公里，因此木星的表面温度比地球表面温度低得多。从木星接受太阳辐射计算，其表面有效温度值为-168℃，而地球观测值为-139℃，“先驱者 11 号”宇宙飞船的探测值为-150℃，均比理论值高，这也说明木星有内部热源。
“先驱者 11 号”探测器对木星考察的结果表明，木星没有固体表面，是一个流体行星。主要是氢和氦。木星的内部分为木星核和木星幔两层，木星核位于木星中心，主要由铁和硅构成，是固体核，温度达 3 万 K。木星幔位于木星核外，以氢为主要元素组成的厚层，其厚度约为 7 万公里。木幔外就是木星大气，再向外延伸 1000 公里，就到云顶。