Cele naukowe misji Orbiter Zbadanie cyrkulacji i dynamiki atmosfery jowiszowej. Zbadanie górnych warstw atmosfery i jonosfery jowiszowej. Określenie morfologii, geologii i właściwości fizycznych księżyców galileuszowych. Zbadanie składu i dystrybucji minerałów na powierzchni księżyców galileuszowych. Zbadanie pól grawitacyjnych i magnetycznych oraz właściwości dynamicznych księżyców galileuszowych. Obserwacja atmosfer, jonosfer i rozległych obłoków gazowych księżyców galileuszowych. Obserwacja interakcji magnetosfery jowiszowej z księżycami galileuszowymi. Określenie wektora pola magnetycznego oraz widma energetycznego, składu i dystrybucji cząstek i plazmy do odległości 150 promieni Jowisza.
Próbnik atmosferyczny Określenie składu chemicznego atmosfery jowiszowej. Określenie struktury atmosfery do głębokości przynajmniej 10 barów. Zbadanie natury cząsteczek obłoków oraz lokalizacji i struktury warstw obłoków. Zbadanie bilansu promieniowania cieplnego Jowisza. Obserwacja natury jowiszowych wyładowań elektrycznych. Pomiar strumienia energetycznych cząstek naładowanych powyżej szczytu atmosfery.
Konstrukcja sondy left|thumb|Schemat konstrukcji sondy Galileo
Sonda Galileo składała się z orbitera (Galileo Orbiter) i połączonego z nim, w pierwszym etapie misji, próbnika atmosferycznego (Galileo Probe).