木星可能有一个石质的内核，被一层含有少量氦，主要是氢元素的液态金属氢包覆着。内核上则是大部分的行星物质集结地，以液态氢的形式存在。这些木星上最普通的形式基础可能只在40亿帕压强下才存在，木星内部就是这种环境（土星也是）液态金属氢由离子化的质子与电子组成。在木星内部的温度压强下氢气是液态的，而非气态，这使它成为了木星磁场的电子指挥者与根源，木星的磁场强度大约10高斯，比地球大10倍。同样在这一层也可能含有一些氦和微量的冰。木星还是天空中已知的最强的射电源之一。?[5]
木星内部的温度和压力，由于开尔文-亥姆霍兹机制稳定地朝向核心增加。在压力为10帕的”表面”，温度大约是340K（67°C；152°F）。在氢相变的区域－温度达到临界点－氢成为金属，相信温度是10,000K（9,700°C；17,500°F），压力的200GPa。在核心边界的温度估计为36，000K（35,700°C；64,300°F），同时内部的压力大约是3,000-4,500GPa。
木星有着太阳系内最大的行星大气层，跨越的高度超过5,000km（3,107mi）。由于木星没有固体的表面，它的大气层基础通常被认为是大气压力等于1MPa（10bar），或十倍于地球表面压力之处。
木星的大气组成中，按分子数量来看，81%是氢，18%是氦，按质量则分别是75%和24%。只有约1%左右的其他气体，其中包括甲烷、水蒸气、氨气等。这与太阳系的前身-原始太阳星云的组成相近，但木星中较重元素的比例却比原始太阳星云多数倍。同为气体行星的土星也是类似的组成，但天王星及海王星中的氢和氦就少得多。
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。
木星表面有红、褐、白等五彩缤纷的条纹图案，可以推测木星大气中的风向是平行于赤道方向，因区域的不同而交互吹著西风及东风，是木星大气的一项明显特征。大气中含有极微的甲烷、乙炔之类的有机成份，而且有打雷现象生成有机物的机率相当大。
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，可维持几百年或更久。大红斑的豔丽红色令人印象深刻，颜色似乎来自红磷。
鹅蛋形物体的自转是逆时针方向，周期大约是六天。大红斑的维度是24,000至40,000千米×12,000至14,000千米。它的直径大到可以容得下2至3颗地球。这个风暴的最大高度比周围的云层高出约8km（5mi）。
风暴通常都发生在巨行星大气层的湍流内，木星也有白色和棕色的鹅蛋形风暴，但较小的那些风暴通常都不会被命名。白色的鹅蛋倾向于包含大气层上层，相对较低温的云。棕色鹅蛋形是较温暖和位于普通云层。这种风暴持续的时间可以只有几个小时，也可以长达数个世纪。
随着行星际空间探测器的发射，不断揭示出太阳系天体中许多前所未知的事实，木星环的发现就是其中的一个早在1974年“先锋11号”探测器访问木星时，就曾在离木星约13万公里处观测到高能带电粒子的吸收特征。
两年后有人提出这一现象可用木星存在尘埃环来说明。可惜当时无人作进一步的定量研究以推测这一假设环的物理性质1977年8月20日和9月5日蓝色星球M国先后发射了“旅行者1号”和“旅行者2号”空间探测器经过一年半的长途跋涉“旅行者1号”穿过木星赤道面，这时它所携带的窄角照相机在离木星120万公里的地方拍到了亮度十分暗弱的木星环的照片同年7月后其到达的“旅行者2号”又获得了有关木星环的更多的信息。
根据对空间飞船所拍得照片的研究，现已知道木星环系主要由亮环、暗环和晕三部分组成。环的厚度不超过30公里亮环离木星中心约13万公里，宽6000公里。
暗环在亮环的内侧，宽可达5万公里，其内边缘几乎同木星大气层相接。亮环的不透明度很低，其环粒只能截收通过阳光的万分之一左右。靠近亮环的外缘有一宽约700公里的亮带它比环的其余部分约亮10%，暗环的亮度只及亮度环的几分之一。
晕的延伸范围可达环面上下各1万公里它在暗环两旁延伸到最远点，外边界则比亮环略远。据推算，环粒的大小约为2微米，真可算是微粒。这种微米量级的微粒因辐射压力、微陨星撞击等原因寿命大大短于太阳系寿命。为了证实木星环是一种相对稳定结构这一说法人们提出了维持这种小尘埃粒子数量的动态稳定的几种可能的环粒补充源。
木星环比土星暗（反照率为0.05）它们由许多粒状的岩石质材料组成。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9400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。
木星的两极有极光，这似乎是从木卫一上火山喷发出的物质沿着木星的引力线进入木星大气而形成的。木星有光环，光环系统是太阳系巨行星的一个共同特征，主要由黑色碎石块和雪团等物质组成。木星的光环很难观测到它没有土星那么显著壮观，但也可以分成四圈。木星环约有9400公里宽，但厚度不到30公里，光环绕木星旋转一周需要大约7小时。
木星有一个同土星般的环，不过又小又微弱。它们的发现纯属意料之外，只是由于两个旅行者1号的科学家一再坚持航行10亿千米后，应该去看一下是否有光环存在。其他人都认为发现光环的可能性为零，但事实上它们是存在的。这两个科学家想出的真是一条妙计啊。它们后来被地面上的望远镜拍了照。
木星光环中的粒子可能并不是稳定地存在（由大气层和磁场的作用）。这样一来，如果光环要保持形状，它们需被不停地补充。两颗处在光环中公转的小卫星：木卫十六和木卫十七，显而易见是光环资源的最佳候选。
伽利略号飞行器对木星大气的探测发现木星光环和最外层大气层之间另存在了一个强辐射带，大致相当于电离层辐射带的十倍强。惊人的是，新发现的带中含有来自不知何方的高能量α粒子。