華楓聽到老師講到木衛三可能由木星次星雲——即在木星形成之後環繞於其四周的、由氣體和塵埃組成的圓盤——的吸積作用所產生木衛三的吸積過程持續了大約1萬年，相較暗的尼克爾森區和較亮的哈帕吉亞槽溝之間可謂涇渭分明。
較於木衛四的10萬年短得多。當伽利略衛星開始形成之際，木星次星雲中所含的氣體成分已經相對較少；這導致了木衛四較長的吸積時間。相反，由於木衛三是緊接木星之後形成的，這時的次星雲還比較濃密，所以其吸積作用所耗時間較短。
相對較短的形成時間使得吸積過程中產生的熱量較少逃逸，這些未逃逸的熱量導致了冰體的融化和木衛三內部結構的分化：即岩石和冰體相互分開，岩石沉入星體中心形成核心。在這方面，木衛三與木衛四不同，後者由於其較長的形成時間而導致吸積熱逃逸殆盡，從而無法在初期融化冰體以及分化內部結構。這一假說揭示了為何質量和構成物質如此接近的兩顆衛星看起來卻如此得不同。
在其形成之後，木衛三的核心還儲存了大部分在吸積過程和分化過程中形成的熱量，它只是緩慢的將少量熱量釋放至冰質地幔層中，就如同熱電池的運作一般。接著，地幔又透過對流作用將熱量傳導至星體表面。不久岩石中蘊含的放射性元素開始衰變，產生的熱量進一步加熱了核心，從而加劇了其內部結構的分化，最終形成了一個鐵硫化亞鐵核心和一個矽酸鹽地幔。至此，木衛三內部結構徹底分化。
與之相比較，未經內部結構分化的木衛四所產生的放射性熱能只能導致其冰質內部的對流，這種對流有效地冷卻了星體，並阻止了大規模的冰體融化和內部結構的快速分化，同時其最多隻能引起冰體與岩石的部分分化。現今，木衛三的冷卻過程仍十分緩慢。從起核心和矽酸鹽地幔所釋放出的熱量使得木衛三上的地下海洋得以存在，同時只是緩慢冷卻的流動的鐵硫化亞鐵核心仍在推動星體內的熱對流，並維持著磁圈的存在。木衛三的對外熱通量很可能高於木衛四。
木衛三的軌道距離木星107萬400千米，是伽利略衛星中距離木星第三近的，其公轉週期為7天3小時。和大部分已知的木星衛星一樣，木衛三也為木星所鎖定，永遠都以同一面面向木星，木衛一、木衛二和木衛三三者之間的拉普拉斯共振狀態。
它的軌道離心率很小，軌道傾角也很小，接近於木星赤道，同時在數百年的週期裡，軌道的離心率和傾角還會以週期函式的形式受到太陽和木星引力攝動的影響。變化範圍分別為0.00090.0022和0.050.32°這種軌道的變化使得其轉軸傾角在00.33°之間變化。
木衛三和木衛二、木衛一保持著軌道共振關係：即木衛三每公轉一週，木衛二即公轉兩週、木衛一公轉四周當木衛二位於近拱點、木衛一位於遠拱點時，兩者之間會出現上合現象；而當木衛二位於近拱點時，它和木衛三之間也會出現上合現象。
木衛一和木衛二，木衛三的上合位置會以相同速率移動，遂三者之間有可能出現三星合現象。這種複雜的軌道共振被稱為拉普拉斯共振。現今的拉普拉斯共振並無法將木衛三的軌道離心率提升到一個更高的值。
0.0013的離心率值可能是早期殘留下來的——當時軌道離心率的提升是有可能的。但是木衛三的軌道離心率仍然讓人困惑：如果在現階段其離心率值無法提升，則必然得表明在其內部的潮汐耗散作用下，它的離心率值正在逐漸損耗。
這意味著離心率值的最後一次損耗就發生在數億年之前。由於現今木衛三軌道的離心率相對較低——平均只有0.0015，所以現今木衛三的潮汐熱也應該相應的十分微弱。但是在過去，木衛三可能已經經歷過了一種或多種類拉普拉斯共振，從而使得其軌道離心率能達到0.010.02的高值。
這可能在木衛三內部引起了顯著的潮汐熱效應；而這種多階段的內部加熱最終造成了現今木衛三表面的槽溝地形人們還無法確切知曉木衛一、木衛二和木衛三之間的拉普拉斯共振是如何形成的。現今存在兩種假說：一種認為這種狀態在太陽系形成之初即已存在；另一種認為這種狀態是在太陽系形成之後才發展出來的。
一種可能的形成過程如下：首先是由於木星的潮汐效應，致使木衛一的軌道向外推移，直至某一點與木衛二發生2:1的軌道共振；之後其軌道繼續向外推移，同時將部分的旋轉力矩轉移給木衛二，從而也引起了後者的軌道向外推移；這個過程持續進行直到木衛二到達某一點與木衛三形成2:1的軌道共振。最終三者之間的兩對上合現象的位置移動速率保持一致形成拉普拉斯共振，
第一批是先驅者10號和先驅者11號，兩者傳回的關於木衛三的資訊較少。之後旅行者1號和旅行者2號於1979年飛掠過木衛三。它們精確測定了它的大小，最終證明它的體積要大於土衛六，後者曾被認為大於前者。此外，這兩艘飛船還發現了木衛三上的槽溝地形。
1995年，伽利略號進入環木星軌道。在1996年至2000年間，它共6次近距離飛掠過木衛三。這6次飛掠被命名為G1，G2，G7，G8，G28，G29。在最接近的一次飛掠——G2——中，伽利略號距離木衛三表面僅264千米。在1996年的G1飛掠中，它發現了木衛三的磁場。後來又發現了木衛三的地下海洋，並於2001年對外公佈。
伽利略號傳回了大量的光譜影象，並在木衛三表面發現了數種非冰化合物。前往近距離探測木衛三的探測器是新視野號，它於2007年在前往冥王星的途中飛掠過了木衛三，並在加速過程中拍攝了木衛三的地形圖和構成圖。
2009年2月，美國航空航天局和歐洲空間局確認該計劃將優先於“土衛六土星計劃”得以實施。木衛二木星計劃”包括美國航空航天局主持的“木星木衛二軌道飛行器”和歐洲空間局主持的“木星木衛三軌道飛行器”，可能還包括日本宇宙航空研究開發機構主持的“木星磁場探測器”。
已被取消的環木衛三軌道探測計劃是木星冰月軌道器。原計劃使用核裂變反應堆作為其動力來源，這將使其能夠對木衛三進行詳細勘查。但是由於預算裁剪，該計劃於2005年被取消。另外還有一個被取消的計劃被稱為“宏偉的木衛三”（The G
a
deu
of Ga
&nede）。
2015年03月12日，美國國家航空航天局(NASA宣佈，美國宇航局哈勃太空望遠鏡近日觀測到木衛三磁場產生的極光現象，並測量出木衛三冰層下方存在具有一定鹽度的鹹水海洋。
根據測算，這片地下海洋深度約為10萬米，相當於地球上最深海洋的10倍多。它存在於150千米厚、主要由冰層組成的地表下。