Io orbita intorno a Giove a una distanza di 421.700 km dal centro di Giove e 350.000 km dalle sue nuvole. È il più interno dei satelliti galileici di Giove, la sua orbita si trova tra quelli di Tebe ed Europa. Includendo i satelliti interni di Giove, Io è la quinta luna fuori da Giove. Ci vogliono circa 42,5 ore per completare un'orbita intorno a Giove (abbastanza veloce per il suo movimento da essere osservato in una sola notte di osservazione). Io è in una risonanza orbitale di movimento medio 2:1 con Europa e una risonanza orbitale di movimento medio 4:1 con Ganimede, completando due orbite di Giove per ogni orbita completata da Europa, e quattro orbite per ogni orbita completata da Ganimede. Questa risonanza aiuta a mantenere l'eccentricità orbitale di Io (0,0041), che fornisce la sua attività primaria in orbita.
42,5 ore