Les quatre planètes géantes du Système solaire sont accompagnées de nombreux satellites. Chacun de ses ensembles forme, comme on l'a souvent dit, un « système solaire en miniature ». Corps composés de glace (eau principalement, mais aussi ammoniac et méthane) et de roche (silicates) mêlées, certains de ces satellites appartiennent à la famille des planètes naines. Ils sont relativement gros, d'une taille souvent comparable à notre Lune, approximativement sphériques, et leur structure actuelle résulte de processus évolutifs complexes.

D'autres satellites sont plus petits (souvent de l'ordre de quelques dizaines de kilomètres) et de forme irrégulière, et s'apparentent davantage aux petits corps du Système solaire, en particulier aux astéroïdes, parfois à des noyaux cométaires. La plupart pourraient d'ailleurs n'être que des astéroïdes capturés et satellisés par leur planète de tutelle. La liste de ces petits objets souvent recouverts d'un matériau sombre qui rend leur détection difficile n'est pas close, et l'on en découvre régulièrement de nouveaux. 

Rotations synchrones - Les satellites des planètes géantes (à l'exception du petit satellite saturnien Hypérion, dont la rotation est chaotique) ont leur période de rotation synchronisée sur leur période de révolution, si bien que – comme la Lune – ils présentent toujours la même face à leur planète de tutelle. Herschel avait déjà déduit cela de la variation d'éclat des satellites de Jupiter, qu'il avait à juste titre attribuée à des variations de la réflectivité de leurs surfaces.

Les satellites répertoriés de Jupiter dépassent actuellement la soixantaine.

Quatre sont des planètes naines. Il s'agit de Io, Europe, Ganymède et Callisto. Ces satellites, lacés sur des orbites presque circulaires et très proches du plan équatorial de Jupiter, ont été découverts par Galilée en 1610. On les appelle pour cette raison les satellites galiléens.

Les satellites galiléens
Ce groupe de quatre montre déjà une belle diversité :

Callisto, composé aux deux-tiers de glace d'eau, est plus gros que Mercure et a une surface très ancienne, fortement cratérisée.

Io, principalement composé de roche, a, au contraire, une surface extrêmement jeune, renouvelée par une activité volcanique intense. On a identifié sur cette planète naine plus de cent volcans, dont plusieurs actuellement en activité. Ce sont les rejets soufrés de ces volcans qui donnent à la surface de cet objet sa couleur unique.

Les couleurs de Io.

Europe, dans une situation intermédiaire a, comme Io, une taille équivalente à celle de la Lune. Sa surface de glace relativement lisse pourrait abriter dans ses entrailles un vaste océan liquide.

Quant à Ganymède, qui est la plus grosse des planètes naines, c'est de la glace d'eau à 90%. On y observe des terrains anciens, mais aussi de grandes bandes plus jeunes, que l'on interprète comme le résultat de l'épanchement par de grandes fissures d'un matériau initialement liquide (eau et ammoniac) monté des profondeurs..

De couleur rougeâtre, les quatre plus proches de Jupiter (Adrastée, Métis, Amalthée et Thébé), circulent sur des orbites circulaires et peu inclinées par rapport au plan équatorial de Jupiter. Ces orbites sont toutes situées à l’intérieur de celle d’Io.

Huit autres, placés sur des orbites plus elliptiques et inclinées, se subdivisent eux-mêmes en deux sous-groupes : Léda, Himalia, Lysithée et Elara circulent sur des orbites très voisines. Quant à Anankè, Carme, Sinope et Pasiphaé, ils ont des orbites très éloignées et aux caractères plus disparates. Contrairement aux autres qui se déplacent selon le sens direct, ces derniers circulent sur des orbites rétrogrades.

Les troyens (ou lagrangiens) de Jupiter sont des astéroïdes circulant sur la même orbite que la planète géante, et qui par leur couleur très sombre rappellent les quatre satellites les plus extérieurs de Jupiter, signe peut-être d'une origine commune. Ils forment deux groupes, dont les noms se partagent selon qu’ils se réfèrent à l’un ou l’autre camp de la guerre de Troie ( Iliade) : ce qui précèdent Jupiter (environ d'une soixantaine de degrés) sont les Grecs (Ulysse, Achille, Agamemnon…), et ceux qui suivent la planète sont les Troyens proprement dit (Enée, Priam, Anchise…).

Les comètes joviennes forment une famille d’objets dont la période orbitale est assez courte (moins de 20 ans), et que leur orbite proche du plan écliptique rend très sensibles aux perturbations de Jupiter. Au point d'ailleurs que certaines de ces comètes pourraient même être rangées dans la catégorie des satellites de Jupiter. Peut-être ne le fait-on pas car cette famille de corps circule sur des orbites très instables, et donc temporaires. Témoin l’aventure qui a terminé en 1994 l’existence de la comète Shoemaker-Levy 9, capturée par Jupiter, avant d’être détruite par les effets de marées induits par la planète géante, puis engloutie purement et simplement…

Une foule de satellites entoure Saturne. Une trentaine ont été repérés à ce jour. Sept de ces objets sont à ranger dans la faille des planètes naines :Titan, qui mesure plus de 5000 kilomètres de diamètre, et Mimas, Téthys, Dioné, Rhéa, Japet et Encelade, de tailles plus modestes.

Le plus gros de ces objets, Titan, est principalement formé de roche et dans une moindre mesure de glace. De plus c'est la seule planète naine du Système solaire à posséder une enveloppe atmosphérique importante, comparable à celles des planètes telluriques.

Les autres gros satellites de Saturne apparaissent plutôt comme de grosses boules de glace, avec de la roche en proportion plus faible, surtout Encelade, apparemment très pauvre en silicates. Comme les satellites galiléens de Jupiter, ils présentent une grande diversité. Mimas et Rhéa, par exemple, ont des surfaces très anciennes. Ils conservent sous la forme de nombreux cratères la trace des bombardements de météorites au début de leur histoire. C’est peut-être aussi à un impact que l'on doit la grande balafre qui barre la surface de Téthys. Encelade, bien que de très petites dimensions, possède pour sa part une surface lisse et presque dépourvue de traces d'impacts.
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Quant aux petits satellites de Saturne, ce sont de petits corps, très analogues par leur forme irrégulière aux astéroïdes : 

Petits satellites de Saturne - On citera en partant de l’intérieur jusqu’à la périphérie du système : Pan, Atlas, Pandora et Prométhée, Janus et Epiméthée, Calypso et Télesto, Hélène, Hypérion, et Phoebé.

Début 2008, on répertoriait 27 satellites autour de Uranus. On en fait parfois les débris agglomérés d'un corps de la masse de la Terre, entré en collision avec leur planète. On leur donne habituellement les noms de personnages des pièces de Shakespeare. Les cinq plus gros sont des planètes naines : Miranda, Ariel, Umbriel, Obéron et Titania. Ils dépassent les mille kilomètres de diamètre. Les autres, très sombres, ont en moyenne une soixantaine de kilomètres de diamètre. Ils appartiennent à la famille des petits corps. Ce sont  : Cordélia, Ophélie, Bianca, Cressida, Desdémone, Juliette, Portia, Rosalinde, Mab, Bélinda (dont le nom est cette fois tiré d'une oeuvre de Pope, The Rape of the Lock), Perdita, Puck, Cupidon, Francisco, Caliban, Stephano, Trinculo, Sycorax, Margaret, Prospero, Setebos et Ferdinand. 

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Gros plan sur la surface tourmentée de Miranda.

A ce jour, la plus éloignée des planètes géantes a révélé treize satellites (1^er janvier 2008). Un seul est à ranger dans la famille des planètes naines : Triton, découvert à Liverpool par W. Lassell en 1846, et que l'on décrit souvent comme un jumeau de Pluton. 
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Rainures à la surface de Triton.

Les autres satellites de Neptune sont des petits corps qui ne dépassent pas la centaine de kilomètres de diamètre. Ces petits satellites sont de forme irrégulière, extrêmement sombres, et couverts de cratères. Ces petits corps sont  : Protée, Néréïde, découvert par G. Kuiper en 1949, Larissa,  Galatée, Naïade, Thalassa et Despina, découverts grâce à la sonde Voyager 2 en 1989, et, enfin,  Sao, Laomédie, Neso, Halimède et Psamathe, découverts depuis la Terre (Cerro Tololo et Mauna Kea) en 2002-2003.