木卫四由近乎等量的岩石和水所构成，平均密度约为1.83克厘米。天文学家通过光谱测定得知木卫四表面物质包括冰、二氧化碳、硅酸盐和各种有机物。伽利略号的探测结果显示木卫四内部可能存在一个较小的硅酸盐内核，同时在其表面下100千米处可能有一个液态水构成的地下海洋存在。

由于木卫四上可能有海洋存在，所以该卫星上也可能有生物生存，不过概率要小于邻近的另一颗卫星木卫二。多艘空间探测器都曾对该卫星进行过探测，包括先驱者10号、先驱者11号、伽利略号木星探测器和卡西尼号。长久以来，人们都认为木卫四是设置进一步探索木星系统基地的最佳地点。

木卫四表面曾经遭受过猛烈撞击，其地质年龄十分古老。由于木卫四上没有任何板块运动、地震或火山喷发等地质活动存在的证据，故天文学家认为其地质特征主要是陨石撞击所造成的。木卫四主要的地质特征包括多环结构、各种形态的撞击坑、撞击坑链、悬崖、山脊与沉积地形。

在天文学家仔细考察后，发现该卫星表面地形多变，包括位于抬升地形顶部、面积较小且明亮的冰体沉积物及环绕其四周、边缘较平缓的地区，由较黑暗的物质来构成。天文学家认为这种地形是小型地质构造升华所导致的，小型撞击坑普遍消失，许多疙瘩地形是遗留下来的痕迹，该地形的确切年龄还未确定。

木卫四上存在一层非常稀薄的大气，主要由二氧化碳构成，成分可能还包括氧气，此外木卫四还有一个活动剧烈的电离层。科学家们认为木卫四是因木星四周气体和尘埃圆盘的吸积作用而缓慢形成的。由于木卫四形成过程缓慢且缺乏潮汐热效应，所以内部结构并未经历快速的分化。木卫四内部的热对流在形成后不久就已经开始，这种对流导致内部结构的部分分化，位于地表100至150千米深处的地下海洋与一个个比较小的岩质内核可能因此形成。

意大利天文学家伽利略在1610年1月发现了木卫四和其他三颗木星大卫星（木卫一、木卫二和木卫三）。木卫四的名称来自希腊神话中宙斯的爱人之一卡里斯托，她是一位与月亮女神阿尔忒弥斯关系密切的宁芙。

西门·马里乌斯在该星被发现后不久提出该名称，马里乌斯则认为这是约翰内斯·开普勒的建议。然而天文学家在很长时间内都不欢迎这个名称，直到20世纪中期才广泛采用。很多早期的天文学文献中均以罗马数字来称呼这颗卫星（该体系由伽利略所提出），即称为木卫四（JupiterIV）或“朱庇特的第四颗卫星”。

木卫四上一个撞击坑平原的近红外光谱图。木卫四的平均密度为1.83gcm3，，表明它是由近乎等量的岩石和冰体水构成的，此外可能还存在某些不稳定的冰体，如氨的冰体。冰体的比重介于49-55%之间。

木卫四岩石的确切构成还不为人知，但是很可能接近于L型或LL型普通球粒陨石，这两类陨石较之H球粒陨石，所含的全铁和金属铁较少，而铁氧化物较多。在木卫四上，以质量计，铁和硅的丰度比为1.05-1.27，而在太阳中，则为1.8。