La magnitude d'Orcus est de 19,1 pour une magnitude absolue de 2,3 (comparables à celles du cubewano Quaoar, respectivement 19,3 et 2,6). Dans le premier quart de 2007 un papier a été publié montrant que le Télescope spatial Spitzer a détecté Orcus dans l'infrarouge lointain, pendant ses trois premières années d'opération, contraignant le diamètre à 946,3+74,1−72,3 km. Orcus parait avoir un albédo de ~20 %, qui peut être typique des objets trans-Neptuniens approchant les 1000 km de diamètre.
Des observations infrarouges en 2004 par l'European Southern Observatory ont donné des résultats cohérents avec des mélanges de glace d'eau et des composés de carbone, tels que le tholin.
En outre, les spectres infrarouges prises avec le télescope Gemini ont confirmé une présence modeste de l'eau glacée, compatible avec une couche de 15-30%, mais pas plus de 50% de la surface. Cela signifie qu'il y a moins de glace que sur Charon, mais une valeur semblable à celle de Triton.
Les limitations ont été également détectées quant à la quantité de glace de méthane (moins de 30%), laissant ouverte la possibilité pour la découverte d'autres composants dans le futur. L'étude des spectres montre une importante absorption de glace d'eau de tout objet de la ceinture de Kuiper qui n'est pas associé à la famille de collision Haumea. Les grands satellites d'Uranus glacés ont un spectre infrarouge assez similaire au spectre infrarouge d'Orcus.
Les observations du spectre avec le Very Large Telescope (VLT) de l'European Southern Observatory (ESO) en 2007 montrent la présence de glace d'eau cristalline, et éventuellement de glace d'ammoniac à la surface. Ils peuvent indiquer un mécanisme de renouvellement de la surface et l'activité géologique. L'ammoniaque n'a pas été détecté sur aucun satellite glacé de planètes extérieures, autres que Miranda. La bande de 1,65 µm est large et profonde (12%), comme sur Charon, Quaoar, Haumea (2003 EL 61), et les satellites de glace des planètes géantes. L'irradiation de la glace d'eau d'un objet transneptunien (TNO) à 40 UA indique que la glace d'eau cristalline à la surface des TNO devrait devenir de la matière amorphe par irradiation il y environ 10 millions d'années.
Le cryovolcanisme, qui est considéré comme le mécanisme le plus probable pour expliquer l'activité géologique sur certains satellites des planètes extérieures, peut en effet être possible pour les objets de Kuiper d'un diamètre supérieur à environ 1000 km.