土卫四的平均直径为1118千米。土卫四主要由冰组成，不过它是土星卫星中密度第三高的（1.5克/立方厘米，土卫二和土卫六居第一和第二位），因此它的内部必须含有相当多的硅酸盐岩石。
土卫四的反照率为0.55，与土卫三和土卫二相比它比较暗。土卫四的表面温度为-187°。它的自转周期与公转周期一样长，也是65小时41分钟，因此它与地球的卫星一样是同步自转。它的自转轴与公转轴之间的交角为0.006°。
土卫四比土卫五小一些，但与土卫五非常类似。它们的组成、反光率和地形均很类似，两颗卫星均具有非常不同的前面和反面（前面指的是在公转中朝着飞行方向的一面，反面指的是在公转中背着飞行方向的一面）。土卫四的正面有比较多的撞击坑，而且比较亮，而它的反面则完全不同，这一面比较暗，明亮的、细小的条纹遮盖了上面的撞击坑。这说明这些条纹是比较新的。这些条纹估计是冰的悬崖。在土卫四上被发现的地质形态有：峡谷、线条、撞击坑。
在卡西尼-惠更斯号探测器2004年12月13日飞越土卫四之前这颗卫星上亮的线条状的结构的来源不清楚，原因之一是唯一到那时为止唯一拍摄到这个结构的照片是从很远的地方拍的。当时唯一可知的是这个结构的组成的反光率非常高，而且非常薄，因为透过它可以看到下面的结构。当时的推测是土卫四刚刚形成后地质活跃，冰火山改造了大部分表面。这些线条是沿着裂缝的爆发后冰雪重新落到土卫四表面形成的。后来这些地质活动停止后前面由于不断受到陨星的撞击这些线条被磨灭了。
但卡西尼号最新的照片证明这个推测不正确。这些线条根本就不是堆积的冰雪，而是由地震作用造成的明亮的冰悬崖。土卫四的背面上显示着巨大的破裂。
2005年10月11日卡西尼号飞越土卫四时离土卫四只有500千米并拍摄了这些悬崖的清晰照片，这些照片显示这些悬崖有些达数百米高。
土卫四表面有多种地形，其中包括含有很多撞击坑的地形、含有中等撞击坑数目的平原、含有少数撞击坑的平原和地壳破裂的区域。含有很多撞击坑的地区有许多大到直径100千米的撞击坑。平原地区的撞击坑的直径一般小于30千米。不过也有有很多撞击坑的平原。
大多数含有很多撞击坑的地区位于土卫四的反面，而在它的前面也有含有少量撞击坑的平原。这个现象与许多科学家预言的正好相反。尤金·苏梅克和其他人曾提出一个理论认为自传与公转同步的卫星的前面的撞击坑数量应该比较多，反面比较少。
这说明土卫四被撞击时它的正面和反面正好反过来。由于土卫四比较小，在受到比较大的撞击（撞击坑大于35千米）时它会被转动。由于土卫四表面有许多大于35千米的撞击坑，因此它在早期撞击率比较高时可能不断被转动。今天遗留下来的撞击坑和比较亮的正面说明它现在的正面已经有数十亿年是正面了。
土卫四的撞击坑与木卫四的类似，而不像月球和水星上的撞击坑，它的边缘不那么明显。这可能是因为随着时间比较弱的冰衰落了。不过土卫四上的撞击坑中有些还有中央山，而不像木卫四那样完全没有中央山了，这说明土卫四上的冰不像木卫四那样脆弱。
新华网伦敦3月2日电英国伦敦大学学院日前发布公报说，该校研究人员参与的美国航天局“卡西尼”探测器项目发现，在土星的卫星土卫四上存在氧气，这一发现支持了有关一些有冰覆盖的星球可在宇宙射线作用下形成氧气的理论，
据介绍，“卡西尼”探测器曾在2010年4月飞越土卫四上空，它携带的等离子体分光仪探测到土卫四上有氧离子存在的迹象。这个等离子体分光仪是伦敦大学学院研究人员参与设计和制造的，该校研究人员在和同行分析了相关探测数据后认为，在土卫四上确实存在稀薄的氧气。
这一发现使得土卫四加入了土星“有氧”卫星的行列，之前的观测曾发现，土卫五以及其他一些土星的卫星上存在氧气，参与研究的安德鲁·科茨教授说，由此看来，有冰覆盖的星球可在宇宙射线作用下形成氧气是一个较普遍的现象以土卫四为例，它的表面温度很低，覆盖有冰层，而它所处的位置又有较强烈的辐射，射线击打冰层，使其分解为氢气和氧气，其中氢气逸失到太空中，而氧气留了下来，在土卫四周围形成了一个气体层。不过这层气体非常稀薄，以至不能被称为大气层，
由于土卫四的表面由大片冰层覆盖，不适宜生命存活，虽然本次研究在土卫四上发现了氧气，但研究人员还是认为该卫星上存在生命的可能性不大。
据英国每日邮报报道，目前，卡西尼探测器最新观测数据显示，土卫四可能存在一个地下海洋。
土星的两颗卫星——土卫二和土卫六，之前已证实冰壳之下存在着一个全球性海洋。目前，卡西尼探测器飞越土星时最新引力数据表明，土卫四地壳之下100公里处有一个巨大海洋。该项研究是比利时皇家天文台研究人员负责进行的。
这个巨大海洋被认为深度数万米，环绕在土卫四岩石内核。据悉，卡西尼探测器首次发射于1997年，2004年首次抵达土星系统。土卫四体积比土卫二略大，这颗卫星非常相似，之前研究发现土卫二南极区域向太空喷射巨大水蒸汽流，虽然土卫四相对“安静”，但是研究人员认为它的表面远古时期活动性更强 。
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