Io ha una densità di 3.5275 g/cm3, la più alta di qualsiasi luna nel Sistema Solare; notevolmente superiore rispetto agli altri satelliti galileiani (Ganymede e Callisto in particolare, le cui densità sono intorno a 1.9 g/cm3) e leggermente superiore (~5.5%) rispetto a quelli lunari di 3.344 g/cm3. I modelli basati sulle misurazioni di Voyager e Galileo della massa, del raggio e dei coefficienti di gravità quadrupole (valori numerici relativi a come la massa è distribuita all'interno di un oceano) suggeriscono che la sua composizione interna è differenziata tra una crosta ricca di silicati e un mantello ricco di ferro e un mantello di ferro-magnesio o ferro-magnesio.
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