พื้นผิวของแอมัลเธียเป็นสีแดงเข้ม (เกิดเนื่องจากความสามารถในการสะท้อนแสงที่มากขึ้นตามความยาวคลื่นแสงจากสีเขียวไปยังความยาวคลื่นแสงใกล้แสงอินฟราเรด) [2] สีแดงที่เกิดขึ้นอาจจะมาจากกำมะถันซึ่งมีต้นกำเนิดมาจากดวงจันทร์ไอโอ หรือจากวัสดุอื่น ๆ ที่ไม่ใช่น้ำแข็ง[2] รอยแต้มสีเขียวสดใสปรากฏอยู่ตามพื้นที่ลาดชันขนาดใหญ่หลายแห่งบนแอมัลเธียแต่ต้นกำเนิดของสีเขียวสดใสนี้ยังคงเป็นปริศนา[2] พื้นผิวของแอมัลเธียสุกสว่างกว่าพื้นผิวของดาวบริวารชั้นในของดาวพฤหัสบดีดวงอื่น ๆ อยู่เล็กน้อย[4] นอกจากนี้ความสว่างของซีกหัว และซีกหางก็มีความแตกต่างกัน โดยซีกหัวสว่างกว่าซีกหางราว 1.3 เท่า ความไม่สมมาตรนี้อาจจะเกิดจากความเร็วและความถี่ของการพุ่งชนของอุกกาบาตในบริเวณส่วนหัวที่มากกว่าบริเวณส่วนหางซึ่งทำให้สสารที่มีความสุกสว่างซึ่งอาจจะเป็นน้ำแข็งซึ่งอยู่ภายในของดวงจันทร์ถูกกระแทกออกมายังพื้นผิวด้านบนของดวงจันทร์[4]

แอมัลเธียมีรูปร่างที่ไร้รูปทรงโดยมีรูปร่างคล้ายทรงรีขนาดประมาณ 250 x 146 x 128 กิโลเมตร[2] โดยมีขนาดพื้นที่ผิวระหว่าง 88,000 ถึง 170,000 ตารางกิโลเมตร คาดการณ์ว่าน่าจะประมาณ 130,000 ตารางกิโลเมตร แกนยาวของแอมัลเธียจะถูกล็อกด้วยแรงน้ำขึ้นน้ำลงให้ชี้เข้าหาดาวพฤหัสบดีตลอดเวลาซึ่งเป็นปรากฏการณ์เดียวกันกับดาวบริวารชั้นในของดาวพฤหัสบดีดวงอื่น ๆ [7] พื้นผิวของดวงจันทร์เต็มไปด้วยร่องรอยของการพุ่งชนของอุกกาบาตบางแห่งซึ่งมีขนาดใหญ่มากเมื่อเทียบกับขนาดของดวงจันทร์ เช่น แอ่งอุตกาบาตแพนซึ่งเป็นหลุมอุกกาบาตที่มีขนาดใหญ่ที่สุดโดยมีขนาดปากหลุมกว้าง 100 กิโลเมตร และลึกไม่ต่ำกว่า 8 กิโลเมตร[2] หลุมอุกกาบาตไกอา กว้าง 80 กิโลเมตรซึ่งอาจจะลึกไม่ต่ำกว่าสองเท่าของความลึกของหลุมอุกกาบาตแพน[2] แอมัลเธียมีภูเขา 2 แห่ง ชื่อ Mons Lyctas และ Mons Ida ซึ่งมีความสูงถึง 20 กิโลเมตร[2]

จากรูปร่างที่ไร้รูปทรงและขนาดที่ใหญ่ของแอมัลเธียทำให้ในอดีตได้มีการสรุปว่าแอมัลเธียมีส่วนประกอบหลักเป็นของแข็งและคงตัว[7] ซึ่งเป็นคำอธิบายว่าถ้าหากว่าส่วนประกอบหลักของดวงจันทร์เป็นน้ำแข็งหรือสสารอ่อนอื่น ๆ ส่วนประกอบเหล่านี้ควรจะถูกแรงดึงดูดของดวงจันทร์เองดึงออกจนกลายเป็นรูปทรงกลมมากกว่ารูปร่างดังเช่นปัจจุบัน อย่างไรก็ตามในวันที่ 5 เดือนพฤศจิกายน พ.ศ. 2548 ยานอวกาศกาลิเลโอได้บินผ่านในระยะห่างต่ำกว่า 160 กิโลเมตรจากแอมัลเธีย และระยะทางที่เบี่ยงเบนของวงโคจรของแอมัลเธียจะใช้ในการคำนวณหามวลของดวงจันทร์ (ปริมาตรของดวงจันทร์ได้คำนวณไว้ก่อนหน้านี้จากการวิเคราะห์ภาพถ่ายที่มีทั้งหมด คาดว่าจะมีความผิดพลาดไม่เกิน 10%) [2] ในที่สุดเราก็สามารถหาความหนาแน่นของแอมัลเธียได้ 0.86 กรัม ต่อ ลูกบาศก์เซนติเมตร[3][16] ดังนั้นส่วนประกอบหลักของแอมัลเธียจะต้องเป็นน้ำแข็งหรือโครงสร้างของดวงจันทร์ต้องเป็นโพรงหรือรูพรุน หรือโครงสร้างหรือส่วนประกอบอื่น ๆ ที่ผสมผสานกัน ในการวัดเมื่อเร็ว ๆ นี้ โดยกล้องโทรทรรศน์ซูบารุได้ชี้ว่าดวงจันทร์ประกอบด้วยน้ำแข็งเป็นส่วนประกอบหลัก[17] ซึ่งดวงจันทร์ไม่สามารถก่อตัวขึ้นได้ที่ตำแหน่งปัจจุบัน เนื่องจากดาวพฤหัสบดีในยุคก่อกำเนิดจะมีความร้อนสูงมาก ซึ่งจะละลายดวงจันทร์ก่อนที่ดวงจันทร์จะก่อตัวขึ้นมาได้ ดังนั้น จึงเป็นไปได้สูงที่ดวงจันทร์จะก่อตัวในวงโคจรที่ห่างไกลจากดาวพฤหัสบดี หรืออาจจะเป็นวัตถุที่พลัดหลงเข้ามาในระบบสุริยะและถูกดาวพฤหัสบดีจับยึดไว้[3] เป็นที่น่าเสียดายว่าไม่มีภาพถ่ายจากยานในขณะที่บินผ่านเนื่องจากเกิดความเสียหายของกล้องถ่ายภาพของยานกาลิเลโอจากการแผ่รังสี ในเดือนมกราคม พ.ศ. 2545 และภาพถ่ายอื่น ๆ ที่ได้มีความละเอียดต่ำ

แอมัลเธียแผ่ความร้อนออกมามากกว่าที่รับจากดวงอาทิตย์เล็กน้อยซึ่งอาจจะเกิดจากอิทธิพลฟลักซ์ความร้อนของดาวพฤหัส (<9 เคลวิน) แสงแดงซึ่งสะท้อนจากดาวพฤหัสบดี (<5 K) และการโจมตีโดยอนุภาค (<2 K) [14] ซึ่งเป็นลักษณะเดียวกันกับที่เกิดขึ้นกับดวงจันทร์ไอโอถึงแม้ว่าจะเกิดขึ้นจากต่างสาเหตุกัน

ชื่อสถานที่ทางภูมิศาสตร์

มีสถานที่อยู่ 4 ที่ซึ่งได้มีการตั้งชื่อบนแอมัลเธีย ได้แก่หลุมอุกกาบาต 2 หลุมและพื้นที่สว่าง (faculae) [18]ซึ่งเชื่อว่าเป็นภูเขา พื้นที่สว่างนี้ตั้งอยู่บนขอบของสันเขาด้านตรงข้ามดาวพฤหัสของแอมัลเธีย[2]