Amalthée, découvert le 8 septembre  1892 par Edward Barnard, est par sa taille le cinquième satellite de Jupiter, après les satellites Galiléens. Sa découverte a confirmé que le système jovien ne se limitait pas aux quatre grands satellites visibles depuis la Terre. 

Amalthée orbite à environ 181 400 kilomètres du centre de Jupiter et accomplit une révolution en seulement 0,498 jour terrestre, soit environ douze heures. Cette proximité exceptionnelle avec la planète géante la place dans une région fortement dominée par le champ gravitationnel et magnétique jovien. Le satellite est en rotation synchrone : sa période de rotation est égale à sa période orbitale, de sorte qu'il présente constamment la même face à Jupiter. Cette synchronisation résulte du verrouillage gravitationnel produit par les forces de marée. Amalthée appartient ainsi à un environnement orbital très différent de celui des satellites galiléens externes, où les interactions gravitationnelles et les phénomènes de marée s'exercent dans des conditions plus complexes.

La forme d'Amalthée est fortement irrégulière. Son rayon moyen est d'environ 83,5 kilomètres, mais ses dimensions générales sont approximativement de 270 x 166 x 150 kilomètres. Elle n'a donc pas atteint l'équilibre hydrostatique, c'est-à-dire l'état dans lequel la gravité propre d'un corps suffisamment massif impose une forme presque sphérique. Cette morphologie irrégulière est caractéristique des petits satellites de Jupiter situés à l'intérieur de l'orbite d'Io. Leur masse et leur fluidité interne sont insuffisantes pour leur permettre de se réorganiser sous l'effet de leur propre gravité. Amalthée doit ainsi être considérée comme un corps dont la forme conserve la mémoire de son histoire de formation et d'impacts.

La densité moyenne d'Amalthée est extrêmement faible, de l'ordre de 0,86 g/cm³. Cette valeur suggère une structure interne riche en glace et probablement très poreuse. La porosité désigne ici la proportion d'espaces vides présents dans le matériau constitutif du satellite. Une densité aussi faible indique qu'Amalthée n'est pas un corps compact comparable à un astéroïde rocheux dense. Elle pourrait plutôt être constituée d'un assemblage de matériaux glacés et rocheux présentant une structure relativement peu consolidée. Cette caractéristique est importante pour comprendre l'histoire des petits satellites jovien et les conditions de formation des corps qui se sont constitués dans les régions internes du système de Jupiter.

La surface d'Amalthée est dominée par une coloration rouge extrêmement marquée. La NASA la décrit comme l'objet le plus rouge du Système solaire, ce qui constitue l'une de ses caractéristiques spectrales les plus remarquables. Cette teinte ne correspond pas à une simple couleur superficielle homogène, mais résulte vraisemblablement de la présence de matériaux complexes et de processus d'altération associés à l'environnement jovien. Les mécanismes exacts responsables de cette coloration demeurent toutefois difficiles à déterminer avec précision. La surface d'Amalthée est soumise à un intense bombardement de particules énergétiques issues de la magnétosphère de Jupiter, ainsi qu'à un environnement spatial extrêmement actif.

La morphologie superficielle d'Amalthée est caractérisée par la présence de cratères d'impact, de reliefs et de vallées. Les observations réalisées par la sonde Galileo ont permis de révéler ces structures avec une précision nettement supérieure aux observations télescopiques antérieures. Les cratères témoignent d'une longue histoire d'impacts météoritiques, tandis que les reliefs irréguliers reflètent probablement la structure non homogène du satellite. Dans le cas d'un corps de taille réduite, les impacts peuvent avoir une influence géologique considérable : un cratère de grande dimension représente une fraction importante du diamètre total du satellite et peut modifier localement sa forme générale.

L'une des particularités les plus importantes d'Amalthée est son environnement thermique. Les observations ont indiqué que le satellite semble émettre davantage de chaleur qu'il n'en reçoit directement du Soleil. Cette anomalie apparente constitue un problème géophysique particulièrement intéressant. Deux mécanismes principaux ont été envisagés pour l'expliquer. Le premier repose sur l'existence possible de courants électriques induits par le déplacement d'Amalthée dans le puissant champ magnétique de Jupiter. Le second fait intervenir les contraintes de marée, c'est-à-dire les déformations périodiques imposées au satellite par l'attraction gravitationnelle de Jupiter. La dissipation de l'énergie mécanique liée à ces déformations pourrait produire une quantité de chaleur mesurable.

L'hypothèse d'un chauffage par effet de marée est particulièrement intéressante dans le cas d'Amalthée, car elle montre que même un petit satellite irrégulier peut être soumis à des processus thermiques importants. Jupiter exerce sur Amalthée une attraction gravitationnelle considérable en raison de sa masse et de la proximité du satellite. Toutefois, l'effet des forces de marée ne doit pas être interprété comme un processus susceptible de fragmenter directement Amalthée. La faible taille du satellite limite l'ampleur des contraintes globales qu'il subit par rapport à un corps beaucoup plus massif. La NASA souligne ainsi qu'Amalthée est relativement peu affectée par les forces de marée destructrices malgré sa proximité extrême avec Jupiter.

Amalthée joue également un rôle important dans la dynamique des anneaux de Jupiter. Avec Thébé, elle constitue l'une des principales sources de matériau alimentant les anneaux de gaze  de Jupiter. Les impacts de micrométéorites sur la surface du satellite peuvent éjecter des particules de poussière et de glace dans l'environnement circumjovien. Ces particules peuvent ensuite être capturées sur des orbites autour de Jupiter et participer à la formation ou à l'entretien des structures annulaires. L'existence d'un lien entre Amalthée et les anneaux de gaze illustre le caractère dynamique des anneaux planétaires : ils ne sont pas nécessairement des structures héritées et figées, mais peuvent être continuellement alimentés par les interactions entre satellites et petits corps.

La proximité d'Amalthée avec Jupiter la place au coeur de la magnétosphère jovienne. Jupiter possède un champ magnétique extrêmement puissant, qui piège des particules chargées et crée un environnement radiatif intense. Amalthée est donc exposée à des flux de particules énergétiques susceptibles de modifier les matériaux de sa surface. Les processus d'irradiation et de radiolyse peuvent transformer chimiquement les composés présents dans la glace et les matériaux non glacés. L'évolution de la surface d'Amalthée doit ainsi être interprétée à l'intersection de la géologie des petits corps et de la physique de la magnétosphère. Cette interaction entre satellite et environnement planétaire constitue l'un des aspects les plus intéressants de son étude.

L'histoire géologique d'Amalthée demeure cependant difficile à reconstituer de manière complète. Sa faible densité et sa forme irrégulière suggèrent une évolution interne limitée, tandis que sa surface cratérisée indique une longue exposition aux impacts. Le satellite ne présente pas les vastes structures tectoniques ou l'activité volcanique observées sur Io. Il est donc généralement considéré comme un corps géologiquement beaucoup plus inerte à l'époque actuelle. Cependant, la possibilité d'une production de chaleur interne ou induite par l'environnement jovien rappelle que l'absence de manifestations spectaculaires ne signifie pas nécessairement l'absence de processus physiques significatifs.

Les observations de la sonde Galileo ont constitué une étape décisive dans la connaissance d'Amalthée. Les images obtenues en janvier 2000 ont fourni les vues à plus haute résolution jamais réalisées des petits satellites internes de Jupiter, notamment Amalthée, Thébé et Métis. Elles ont permis de préciser la forme du satellite et de révéler plusieurs structures géologiques superficielles. Les observations de Galileo ont également contribué à replacer Amalthée dans l'ensemble des petits satellites jovien, en montrant que leur morphologie irrégulière est directement liée à leur faible masse et à leur histoire d'impacts.

Amalthée présente enfin un intérêt particulier pour l'étude de l'évolution à long terme des satellites proches d'une planète géante. En raison de sa proximité avec Jupiter, son orbite est progressivement influencée par les effets de marée et devrait finir par évoluer vers une distance plus faible par rapport à la planète. À très long terme, cette évolution orbitale pourrait conduire à la chute du satellite sur Jupiter. Ce phénomène rappelle que les systèmes planétaires sont des systèmes dynamiques dont les configurations actuelles ne sont pas nécessairement permanentes. L'orbite d'Amalthée doit donc être comprise comme le résultat d'une évolution gravitationnelle qui se poursuit sur des échelles de temps extrêmement longues.