只有50K(-223 ℃)，所以表面的水是永久冻结的。但是潮汐力所提供的热能可能会使表面冰层以下的水保持液态。这个猜想最初由针对潮汐热的一系列推测所引发（略为偏心的轨道和木卫二与其他伽利略卫星之间的轨道共振所产生的后果）。
据推测木卫二的地形特征意味着冰下海洋的存在。有学者将木卫二表面极富特色的混乱地带解释为下层海水渗出地表而造成。但是这一解释争议极大，多数对木卫二进行研究的地质学家更倾向于支持一个被称作“厚冰”模型的理论，他们认为即便存在这样的海洋，也几乎不可能对表面造成直接的影响。对冰壳厚度的估算也存在相当大的分歧，有认为是几千米的，也有认为是数十千米的。
如果身处木星的卫星木卫二，可以看到高达200千米的壮观喷泉。这可能是木卫二冰冻表面下隐藏着一个巨大海洋的最好证据。美国和德国研究人员2013年12月12日在《科学》杂志上报告说，他们利用哈勃太空望远镜于2012年11月和12月以及1999年所拍摄的图像，确定在木卫二南半球的两个不同区域有着过多的氢和氧，而解释只有一个，那就是这些氢和氧是从木卫二喷射出来的水被电解而来。
木卫二上的喷泉间歇性地喷发，每次喷发时间约7小时。由于这种现象在木卫二距离木星最远处出现，在最接近木星时消失，研究人员推测，木星对木卫二的潮汐引力发挥了重要作用，它可能导致木卫二表面冰层在最远点时出现裂缝，而喷泉就从这些裂缝中喷射而出，当到达木星近点，这些裂缝则逐渐闭合。
喷泉的出现说明木卫二冰冻表层的部分区域可能很容易被内部的海洋“突破”，而这对将来探索木卫二是否宜居具有重要意义。因为这种间歇性的喷泉会将木卫二表面和深层的物质喷向高空，将来研究木卫二成分就无需在冰层上钻孔。