木星最引人注目的标志要算是大红斑了，这是17世纪60年代法国天文学家卡西尼（1625～1712）发现的。此后，不少天文学家对大红斑进行过时断时续的观测，但一直未对其给以太多的注意。到了19世纪，人们未见到大红斑有任何削弱的迹象，这才成为愈益令人瞩目的现象。
木星大红斑位于赤道南侧，呈蛋圆形，长达2万多千米，宽约1·1万千米，可以轻松地装下3个地球。当科学家认识到木星没有固态的表面后，便肯定大红斑不是木星上的山峰或高原，而是大气中产生的现象。大红斑的经度围绕木星运转而变化，而纬度保持不变。大红斑一般保持鲜红而略带棕色，有时较为暗淡且模糊。“旅行者号”探测器揭示了大红斑的真相，原来它是木星大气中特大的漩涡，由于气旋中含有红磷化合物，故呈现红色。这个漩涡至少未见衰减地逆时针旋转了300多年，它究竟始于何时，无人知晓。进一步观测表明，大红斑上面和下面的风以100米／秒的速度相向刮过，但大红斑的运动速度只有每秒几米。大红斑夹在两股高速气流之间，好比搓在两个手掌之间的滚珠。由于木星自转很快，在惯性和离心力的作用下，木星大气成一个扁球形，所以木星大气的条纹也沿赤道伸展。
1976年，美国加利福尼亚大学的两位科学家提出大红斑是一个庞大孤子的假说。孤子现象是由一位名叫罗素的人于1834年偶然遇见的，罗素最初把他的发现称为“平动波”，现在被称为孤子波。孤子波在任何地方物理量都没有陡峭的变化，而且不会弥散，它实际上是流体力学的一个解。20世纪60年代初，通过计算机计算及实验，证实了孤子波相互碰撞以后，两个孤子波完整地复现。可见孤子波似乎是一种“孤立”的客体，因此人们又把孤子波称为孤子。孤子有两种形式：一种叫做E孤子或凸波；另一种叫做D孤子或凹波，是一类反孤子。大气孤子不仅在地球大气中可以观测到，在其他行星上也可以观测到。早在几十年前人们就已知道木星大气有一个重要的特征，即南热带低气压，它看来像一个D孤子。19世纪50年代这一低气压区开始靠近大红斑，进入大红斑后便消失了，然而却在大红斑的另一边保持着原来的形状像变魔术似的又出现了。于是科学家提出一种关于大红斑模型：大红斑是一个陷于两个D孤子之间的庞大的E孤子。按这一模型，大红斑的位置并不很深，它漂浮在木星大气的上面。后来通过计算机模拟和用快速旋转的水桶实验证实：由于快速旋转的木星，造成了有适宜条件的切变风，因而在大红斑附近会偶然形成小漩涡，这样就可以补充大红斑因摩擦而消耗的能量和因对流而减少的质量，逐步揭示了大红斑长寿的秘密。例如，1972年人们从地面观测到木星北半球出现一个小红斑，十几个月后，“先驱者10号”探测器飞掠木星时发现它已向大红斑靠近。一年后，“先驱者11号”探测器经过木星时，这个小红斑已无影无踪了。