Amalthea har oregelbunden form med en utsträckning av 270 × 166 × 150 km och en volym av 2,4 miljoner km³. Dess längsta axel pekar ständigt radiellt ut från Jupiter. Amalthea är mörk och starkt röd till färgen och rör sig ett varv kring Jupiter på 0,50 dygn.