美國宇航局的科學家們在1995年12月10日收到“伽利略”號軌道飛行器從37億千米以外的太空發回的第一批木星數據，使人類第一次有機會看到龐大的木星的特寫照片。科學家們根據發回的數據首次測定這顆巨大星球的大氣層特性，如大氣構成、氣候和大氣形式等。“伽利略”號軌道飛行器第一次向地球發回總共57分鍾的探測數據，這些數據的傳輸一直持續到1995年12月13日。57分鍾的數據，地麵接收站直到1996年2月才全部收回。
“伽利略”號飛船向木星釋放
一個探測器經過對“伽利略”號軌道飛行器發回的最初數據進行的初步分析表明，木星大氣結構與過去科學家們預想的有很大不同，它已經提供了一係列新的發現，這些最初的發現正在促使科學家們重新考慮他們的木星形成理論和行星演變過程的特性。這些新發現包括：
（1）探測器經過的木星大氣層區域比預想的要幹燥，與1979年從木星飛過的“旅行者”號航天器發回的數據所作的推測相比，水含量要少得多。
（2）探測器的儀器發現，雖然個別雷電的能量比地球上類似的雷電能量大10倍，但總的來說，在木星上的雷電量是地球上同樣大小區域發生雷電量的1／10。
（3）探測器對木星南端的大氣層進行了探測，並未發現多數研究者一直認定的三層雲結構，而僅僅是有一個特殊的雲層（按地球的標準說就是稀薄的雲層）被觀察到。該雲層可能是含氨和硫化氫的雲層。過去曾推測它由三個雲層組成，上層是氨晶體層、中層是氨和硫化氫層、下層是水和冰的晶體組成的薄層。
（4）最有意義的是，在木星大氣層中氦和氫的含量比例已和太陽相當，這說明，自木星數十億年前形成以來，基本成分沒有改變。在行星演化理論中，氦與氫質量之比是一個關鍵要素。對太陽而言，氦值約為25％，對探測器氦含量監測儀得到的結果進行的更全麵的分析，已經把木星的這一數值提高到24％。“伽利略”號探測器項目科學家裏查德·揚說，被改變的氦含量意味著，重力引起的朝向內部的氦沉積並不像在土星上發生的那樣快。對土星氦氫質量比的估計值為6％，於是可以確定，木星的溫度比土星的溫度要高得多。
（5）木星大氣探測器在穿過稠密的木星大氣層時探測到極強的風和強烈的湍流，木星風的位置始終比探測到的雲層要低得多。這就為科學家們提供了證據，說明驅動木星大量的有特色的環流現象的能源可能來自這顆行星內部釋放的熱流，而不是像過去預想的是照射木星上層大氣的陽光，或者是位於木星大氣層中部的水蒸氣引起的化學反應產生的熱能。據科學家分析，在木星上，天氣的影響範圍也許不上在木星表麵，在熱力驅動下，風從這顆行星的雲端一直刮到它充滿氣體、翻滾攪動的表麵下16000千米處。木星風即使在雲層下161千米處（這是探測器所能探測的最深處）速度也超過每小時644千米。
（6）探測器還發現了一個新的強輻射帶，大約在木星雲層上方5萬多千米沒有雷電的地方。在探測器高速進入木星大氣層階段，對大氣層上部進行的測量結果顯示，大氣密度比期望的要大，相應的溫度也比預先估計的要高。
“伽利略”號軌道飛行器於1997年12月7日向地球發回最後的信號，然後飛進木星大氣層燒毀，而“伽利略”號探測器也於2003年9月按程序墜毀在木星。