갈릴레오에 의해 이오가 발견된 이후 약 250년 동안 다른 천문학자들의 망원경은 이오를 정확히 관찰하지 못해 이오의 존재를 정확히 알지 못했고 가끔 다른 갈릴레오 위성들과 함께 그저 5등급 밝기의 광 점으로 경도를 정하거나 케플러의 행성 운동 법칙을 검증하는 과정에 이용되는 데 그치게 됩니다.
이후 시간이 흘러 19세기 말에서 20세기에 들어서면서 망원경의 기술력이 점차 향상되었고 마침내 천문학자들은 이오 표면의 독특한 특징들을 관측하기 시작합니다.
1890년 미국의 천문학자인 에드워드 버나드는 최초로 이후의 적도와 극 지역에 밝기 차이가 있음을 발견하였으며 20세기에 들어 분광기를 이용한 관측이 시작되면서 다른 갈릴레오 위성들과는 달리이오 표면에는 물이 없으며 나트륨의 소금과 황으로 이루어진 증발 물질들이 표면을 가득 덮고 있는 것을 발견하게 됩니다.
이후 인류는 탐사선을 우주로 띄워 보내며 이오를 관측하게 되는데 최초의 소행성 대 탐사선이자 목성 탐사선인 파이오니어 10호와 11호는 각각 1973년 12월과 1974년 12월에 목성을 지나치면서 위성인 이오를 함께 관측하였고 이때 이오의 질량과 정확한 크기를 측정하게 됩니다.
또한 이오가 갈릴레이 위성 중 가장 높은 밀도를 가지고 있으며 얼음보다는 주로 규산암으로 구성되어 있다는 점도 발견하게 됩니다. 이후 태양계의 무인성 간 탐사선인 보이저 1호와 2호는 1979년 2호를 통과하면서 더욱 선명한 사진을 얻었는데 이때 이오의 표면에서 가스 기둥이 구 모양으로 분출되는 모습 등이 발견되면서 이오에서 여전히 활발한 지진 활동이 진행되고 있음이 증명됩니다.
1989년 10월 18일에 발사된 목성 탐사선 갈릴레오호는 지구에서 발사된 지 6년 만인 1995년에 목성에 도착하였고 보이저 탐사선에 이어 목성과 목성의 여러 위성을 관측하게 됩니다.
이때 이오의 내부에서는 커다란 철 핵이 발견되었고 이오의 화산이 마그네슘이 풍부한 고철 질암과 규산염 마그마로 이루어져 있음을 확인하게 됩니다.
이후에도 허블 우주망원경을 통해 이오의 활화산 활동을 조금 더 정밀하게 관측하였고 명왕성과 카이퍼 벨트의 관측을 목표로 하는 뉴 호라이즌스호는 2007년 목성과 이오를 지나치면서 이오에 트바쉬타 화산에서 거대한 분출이 일어나는 멋진 사진을 찍어 지구로 보내기도 하였습니다.
이렇듯 수많은 관측과 연구를 통해 밝혀진 이오의 평균 반지름은 약 1,812킬로미터로 달보다 5퍼센트 더 크며 질량은 8.9319 X 10의 22승 kg로 달보다 약 21% 더 큰 값을 갖고 있음이 확인되었습니다.