Io quay quanh Sao Mộc ở khoảng cách 421.700 km (262.000 dặm) tính từ tâm hành tinh hay 350.000 km (217.000 dặm) tính từ trên đỉnh các đám mây. Là vệ tinh nằm gần Sao Mộc nhất trong số các vệ tinh Galile, quỹ đạo của nó nằm giữa quỹ đạo Thebe và Europa. Trong số các vệ tinh phía trong của Sao Mộc, Io đứng thứ năm tính từ trong ra. Nó mất 42,5 giờ để hoàn thành một vòng (đủ nhanh để chuyển động của nó được quan sát trong một đêm). Io có cộng hưởng quỹ đạo chuyển động trung bình 2:1 với Europa và 4:1 với Ganymede, hoàn thành hai vòng quay quanh Sao Mộc mỗi lần Europa thực hiện điều này, và bốn lần với mỗi lần Ganymede bay quanh Sao Mộc. Sự cộng hưởng này giúp duy trì độ lệch tâm quỹ đạo của Io (0,0041), và cung cấp nguồn nhiệt chính cho hoạt động địa chất của nó (xem đoạn "Nhiệt thủy triều" để có giải thích chi tiết hơn về quá trình này)[28]. Nếu không có sự lệch tâm cưỡng bức này, quỹ đạo của Io sẽ trở thành hình tròn vì sự tiêu mòn thủy triều, làm giảm hoạt động địa chất của nó. Giống như các vệ tinh loại Galile khác của Sao Mộc và Mặt Trăng của Trái Đất, Io quay đồng bộ với chu kỳ quỹ đạo của nó, luôn hướng một mặt về phía Sao Mộc.