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Ganymède semble être complètement différencié en un noyau de fer-sulfure de fer et en un manteau de silicates. Les épaisseurs exactes des couches internes dépendent de la composition supposée des silicates (dont l'olivine et le pyroxène) et de la quantité de soufre dans le noyau. À cause de la présence importante d'eau et de son intérieur différencié, Ganymède est le corps céleste avec le plus faible moment d'inertie normalisé du système solaire.

Océans sous-glaciaires

Dans les années 1970, les scientifiques de la NASA soupçonnent la présence d'un épais océan entre deux couches de glace, l'une en haut et l’autre en bas. Dans les années 1990, la sonde Galileo de la NASA survole Ganymède et confirme l'existence de l'océan lunaire. Une étude publiée en 2014 prenant en compte la thermodynamique réaliste pour l'eau et les effets du sel suggère que Ganymède pourrait posséder plusieurs couches d'océans séparées par différentes phases de glace. La couche liquide la plus basse serait juste à côté du manteau rocheux. Le contact entre la roche et l'eau pourrait être un facteur important dans l'origine de la vie. L'étude mentionne aussi qu'à cause des profondeurs extrêmes (environ 800 km jusqu'au « fond marin » rocheux), les températures au bas d'un océan convectif (adiabatique) peuvent aller jusqu'à 40 K au-dessus de celles de l'interface glace-eau. En mars 2015, des chercheurs rapportent que des mesures effectuées par le télescope spatial Hubble prouvaient la présence d'un océan sous-glaciaire sur Ganymède en étudiant comment ses aurores se déplacent à la surface. Un grand océan d'eau salée contenant plus d'eau que tous les océans de la Terre réunis affecte le champ magnétique de Ganymède, et donc ses aurores.