Les émissions lumineuses au-dessus de Ganymède ne sont pas homogènes comme sur Europe. Hubble observa deux taches brillantes aux hémisphères nord et sud, près de ± 50° de latitude, ce qui est la frontière exacte entre le champ magnétique fermé et ouvert de la magnétosphère de Ganymède. Les taches brillantes sont probablement des aurores polaires, causées par le plasma rencontrant le champ magnétique.
L'existence d'une atmosphère neutre signifie qu'une ionosphère doit exister, car sans elle le dioxygène devrait être ionisé par l'impact des électrons provenant de la magnétosphère et par les radiations solaires. Toutefois, la nature de l'ionosphère de Ganymède est aussi controversée que la nature de son atmosphère. Certaines mesures effectuées par Galileo trouvèrent une densité élevée d'électrons près de la lune, suggérant la présence d'une ionosphère, tandis que les autres sondes ne détectèrent rien. La densité des électrons près de la surface est estimée, selon différentes sources, entre 400–2,500 cm−3.