四颗伽利略卫星的亮度都 很高,可用肉眼观测到[13][14],也可观测到“卫星食”(eclipse of a satellite),即在地球上能看到木星掩卫星或者卫星凌木星。[15]科学家先后通过“先驱者”10号和11号,“旅行者”1号和2号,伽利略号、卡西尼号、新视野号、朱诺号对伽利略卫星进行观测和探索。其中专门探测木星系统的伽利略号揭示了伽利略卫星的细节,包括木卫一的火山活动和木卫二、四的液态水海。2016 年,NASA 的“朱诺”号航天器抵达木星,这是第一架如此近距离观察的轨道飞行器。[16][17]