ในทางดาราศาสตร์ดวงจันทร์ชั้นในหรือดาวเทียมธรรมชาติชั้นในคือดาวเทียมธรรมชาติที่โคจรตามทิศทางเดียวกัน และมี มุมเอียง ต่ำเข้าหาดาวเทียมขนาดใหญ่ของดาวเคราะห์แม่ โดยทั่วไปเชื่อกันว่าดาวเทียมเหล่านี้ก่อตัวขึ้นในตำแหน่งเดิมพร้อมกับการรวมตัวกันของดาวเคราะห์ดั้งเดิม ดวงจันทร์ของ เนปจูนเป็นข้อยกเว้น เนื่องจากน่าจะเป็นการรวมตัวกันใหม่ของชิ้นส่วนของวัตถุเดิม ซึ่งแตกกระจายหลังจากที่ไทรทัน ดวงจันทร์ขนาดใหญ่ถูกดึงดูดเข้า มา^{[ 1 ]}ดาวเทียมชั้นในแตกต่างจากดาวเทียมปกติ อื่นๆ ตรงที่อยู่ใกล้กับ ดาวเคราะห์แม่มีคาบการโคจรที่สั้น (โดยปกติไม่เกินหนึ่งวัน) มีมวลน้อย ขนาดเล็ก และมีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ

ปัจจุบันมีการค้นพบดาวบริวารชั้นใน 35 ดวง ซึ่งโคจรรอบดาวเคราะห์ยักษ์ ทั้งสี่ดวง ( ดาวพฤหัสบดีดาวเสาร์ ดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน ) เนื่องจากขนาดที่เล็กและแสงจ้าจากดาวเคราะห์ใกล้เคียง ทำให้การสังเกตดาวบริวารเหล่านี้จากโลกทำได้ยากมาก บางดวง เช่นแพนและดาฟนิสที่โคจรรอบดาวเสาร์ เคยถูกสังเกตพบโดยยานอวกาศเท่านั้น

ดวงจันทร์ชั้นในดวงแรกที่ถูกสังเกตพบคืออะมัลเทียซึ่งค้นพบโดยอี.อี. บาร์นาร์ดในปี 1892 ต่อมาคือเอพิเมเทอุสและยานัส ดวง จันทร์ของดาวเสาร์ ซึ่งถูกสังเกตพบในปี 1966 ดวงจันทร์ทั้งสองดวงนี้โคจรในวงโคจรเดียวกันและความสับสนเกี่ยวกับสถานะของพวกมันก็ได้รับการแก้ไขเมื่อยานวอยเอเจอร์ 1บินผ่านในปี 1980 ดวงจันทร์ชั้นในที่เหลือส่วนใหญ่ถูกค้นพบโดยยานอวกาศวอยเอเจอร์ 1และวอยเอเจอร์ 2ระหว่างการบินผ่านดาวพฤหัสบดี (1979) ดาวเสาร์ (1980/1981) ดาวยูเรนัส (1986) และดาวเนปจูน (1989)

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีการค้นพบดาวบริวารชั้นในเพิ่มเติมที่โคจรรอบดาวเสาร์ (โดยยาน อวกาศ แคสสินีระหว่างปี 2005 ถึง 2009) ดาวยูเรนัส (โดยกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลในปี 2003 และกล้องโทรทรรศน์อวกาศเจมส์ เวบบ์ในปี 2025) และดาวเนปจูน (โดยฮับเบิลในปี 2013)

ดาวบริวารชั้นในทั้งหมดโคจรเป็นวงกลมเกือบสมบูรณ์ในทิศทางเดียวกับ แนวแกนโลก ค่าความเยื้อง ศูนย์กลางเฉลี่ยอยู่ที่ 0.0012 ในขณะที่ดาวบริวารชั้นในที่มีค่าความเยื้องศูนย์กลางมากที่สุดคือธีบี (Thebe ) โดยมีค่า e=0.0177 มุมเอียงของดาวบริวารเหล่านี้เมื่อเทียบกับระนาบเส้นศูนย์สูตรของดาวเคราะห์ก็ต่ำมากเช่นกัน ดาวบริวารทั้งหมด ยกเว้นเพียงดวงเดียว มีมุมเอียงต่ำกว่า 1 องศา โดยค่าเฉลี่ยอยู่ที่ 0.1° ไนแอด (Naiad ) ดวงจันทร์ที่อยู่ใกล้ดาวเนปจูนที่สุด เป็นข้อยกเว้น โดยมีมุมเอียง 4.75° เมื่อเทียบกับเส้นศูนย์สูตรของดาวเนปจูน

ดาวบริวารชั้นในสุดโคจรอยู่ภายในวงแหวนของดาวเคราะห์ ซึ่งอยู่ในขอบเขตของขีดจำกัดโรช (Roche limit) ที่เป็นของเหลว และมีเพียงความแข็งแรงภายในและแรงเสียดทานของวัสดุเท่านั้นที่ป้องกันไม่ให้พวกมันถูกฉีกขาดออกจากกันด้วยแรงดึงดูดจากดาวเคราะห์ นั่นหมายความว่า หากวางก้อนหินเล็กๆ ไว้ในส่วนของดาวบริวารที่อยู่ไกลจากดาวเคราะห์มากที่สุด แรงดึงดูดจากดาวเคราะห์ที่ดึงออกไปด้านนอกจะแข็งแกร่งกว่าแรงโน้มถ่วงของดาวบริวารที่ดึงเข้าหาดาวเคราะห์ ดังนั้นก้อนหินจะตกลงไปด้านบน นี่คือเหตุผลที่ภาพถ่ายของดาวบริวารเหล่านี้แสดงให้เห็นว่าพวกมันสะอาดปราศจากก้อนหิน ฝุ่น และหินโดยสิ้นเชิง

กรณีที่รุนแรงที่สุดคือดวงจันทร์แพน ของดาวเสาร์ ซึ่งโคจรอยู่ภายในวงแหวนที่ระดับความหนาแน่นเพียง 70% ของขีดจำกัดโรช (Roche limit) ที่เป็นของเหลว และดวงจันทร์ไนแอดของดาวเนปจูน ความหนาแน่นของไนแอดนั้นไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ดังนั้นขีดจำกัดโรชที่แน่นอนของมันจึงไม่เป็นที่ทราบเช่นกัน แต่ถ้าความหนาแน่นของมันต่ำกว่า 1100 กก./ลบ.ม. ^มันก็จะอยู่ห่างจากขีดจำกัดโรชเพียงเศษส่วนที่น้อยกว่าแพนเสียอีก

ดวงจันทร์บริวารที่มีคาบการโคจรสั้นกว่าคาบการหมุนรอบตัวเองของดาวเคราะห์ จะประสบกับปรากฏการณ์แรงดึงดูดที่ทำให้ความเร็วลดลง ส่งผลให้ค่อยๆ เคลื่อนตัวเข้าหาดาวเคราะห์อย่างช้าๆ ในอนาคตอันไกลโพ้น ดวงจันทร์เหล่านี้จะพุ่งชนดาวเคราะห์หรือแทรกตัวเข้าไปในขอบเขตโรช (Roche limit) ลึกพอที่จะถูกแรงดึงดูดทำให้แตกเป็นเสี่ยงๆ ดวงจันทร์ที่ได้รับผลกระทบนี้ ได้แก่เมทิสและอาดราสเตียของดาวพฤหัสบดี และดวงจันทร์ชั้นในส่วนใหญ่ของดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน รวมถึงเพอร์ดิธาและลาริสซาตามลำดับ อย่างไรก็ตาม ไม่มีดวงจันทร์ดวงใดของดาวเสาร์ที่ประสบกับผลกระทบนี้ เนื่องจากดาวเสาร์หมุนรอบตัวเองค่อนข้างเร็วมาก

ดวงจันทร์ชั้นในมีขนาดเล็กเมื่อเทียบกับดวงจันทร์หลักของดาวเคราะห์แต่ละดวง ทั้งหมดมีขนาดเล็กเกินกว่าที่จะมีรูปร่างทรงกลมที่ยุบตัวลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วง หลายดวงมีรูปร่างยาวรีมาก เช่น อะมัลเทีย ซึ่งมีความยาวเป็นสองเท่าของความกว้าง ดวงจันทร์ชั้นในที่ใหญ่ที่สุดคือ โปรเทอุส ซึ่งมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 440 กิโลเมตรในมิติที่ยาวที่สุดและมีรูปร่างเกือบเป็นทรงกลม แต่ไม่เป็นทรงกลมมากพอที่จะถือว่าเป็นรูปร่างที่ยุบตัวลงเนื่องจากแรงโน้มถ่วง โปรเทอุสมีขนาดใหญ่กว่ามิมาสซึ่งเป็นดวงจันทร์ทรงกลมที่เล็กที่สุดที่รู้จัก ดวงจันทร์ชั้นในส่วนใหญ่ที่รู้จักมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 50 ถึง 200 กิโลเมตร ในขณะที่ดวงที่เล็กที่สุดที่ได้รับการยืนยันคือ แดฟนิส ซึ่งมีขนาด 6 ถึง 8 กิโลเมตร ( เอจีออนมีขนาดเล็กกว่านั้นอีก )มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 0.66 ± 0.12 กม.แต่มีขนาดไม่ใหญ่พอที่จะผ่านช่องในวงแหวนได้ เหมือนกับที่ดัฟนิสทำ) วัตถุที่ไม่ได้รับการยืนยันซึ่งโคจรอยู่ใกล้กับวงแหวน F ของดาวเสาร์ เช่นS/2004 S 6อาจเป็นดวงจันทร์ที่มีขนาดเล็กกว่า หากไม่ใช่กลุ่มฝุ่นชั่วคราว ยานอวกาศแคสสินีเพิ่งค้นพบข้อบ่งชี้ (วงแหวนฝุ่นขนาดเล็ก) ว่าอาจมีดวงจันทร์ขนาดเล็กกว่าโคจรอยู่ในช่องว่างแคสสินี [ ^{2 ] ขนาด}ของดวงจันทร์ชั้นในที่เล็กที่สุดที่รู้จักรอบดาวเคราะห์ชั้นนอกจะเพิ่มขึ้นตามระยะทางจากดวงอาทิตย์ แต่แนวโน้มนี้คิดว่าเป็นผลมาจากสภาพแสงและการสังเกตที่ยากขึ้นเรื่อยๆ มากกว่าแนวโน้มทางกายภาพใดๆ ดวงจันทร์ชั้นในที่มีขนาดเล็กกว่าอาจถูกค้นพบในที่สุด

ดาวบริวารชั้นในทั้งหมดถูกล็อกด้วยแรงโน้มถ่วง กล่าวคือ วงโคจรของพวกมันสอดคล้องกับการหมุนของดาวฤกษ์แม่ ทำให้พวกมันหันด้านใดด้านหนึ่งไปยังดาวฤกษ์แม่เท่านั้น โดยปกติแล้วแกนยาวของพวกมันจะเรียงตัวชี้ไปยังดาวฤกษ์แม่

ดวงจันทร์ชั้นในทั้งหมดของดาวพฤหัสบดี ดาวยูเรนัส และดาวเนปจูน มีพื้นผิวที่มืดมาก โดยมี ค่า การสะท้อนแสง (albedo ) อยู่ระหว่าง 0.06 ( เมทิส ) และ 0.10 ( อาดราสเตีย ) ในทางตรงกันข้าม ดวงจันทร์ของดาวเสาร์มีพื้นผิวที่สว่างมาก โดยมีค่าการสะท้อนแสงอยู่ระหว่าง 0.4 และ 0.6 เชื่อกันว่าเป็นเพราะพื้นผิวของพวกมันถูกเคลือบด้วยอนุภาคน้ำแข็งใหม่ที่ถูกกวาดขึ้นมาจากระบบวงแหวนที่พวกมันโคจรอยู่ ดวงจันทร์ชั้นในของดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ อาจมืดลงเนื่องจากการผุกร่อนในอวกาศ ดวงจันทร์ชั้นในที่รู้จักทั้งหมดไม่มีชั้นบรรยากาศ

ดวงจันทร์ชั้นในที่ถูกถ่ายภาพแสดงให้เห็นพื้นผิวที่มีหลุมอุกกาบาตจำนวนมาก อัตราการเกิดหลุมอุกกาบาตสำหรับวัตถุที่โคจรใกล้กับดาวเคราะห์ยักษ์นั้นสูงกว่าดวงจันทร์หลักและดวงจันทร์ชั้นนอก เนื่องจากการรวมตัวของแรงโน้มถ่วง : วัตถุที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ซึ่งเคลื่อนที่ผ่านเข้าไปในบริเวณกว้างใกล้กับดาวเคราะห์ยักษ์จะถูกเบี่ยงเบนไปยังดาวเคราะห์นั้นโดยสนามแรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์นั้นเป็นพิเศษ ดังนั้นความถี่ของวัตถุที่อาจพุ่งชนซึ่งเคลื่อนที่ผ่านพื้นที่หน้าตัดที่กำหนดใกล้กับดาวเคราะห์จึงมากกว่าในอวกาศระหว่างดาวเคราะห์มาก ด้วยเหตุนี้ จึงมีการคาดการณ์ว่าวัตถุขนาดเล็กมากในวงโคจรชั้นในจะถูกทำลายโดยวัตถุจากภายนอกในระยะเวลาที่สั้นกว่าอายุของระบบสุริยะ มาก ซึ่งจะกำหนดขีดจำกัดล่างของขนาดของดวงจันทร์ชั้นในที่ยังคงเหลืออยู่

อย่างน้อยสองดวงจันทร์ชั้นในของดาวเสาร์ (แอตลาสและแพน) มีสันนูนบริเวณเส้นศูนย์สูตร สันนูนบนแอตลาสมีความโดดเด่นเป็นพิเศษ นอกจากนี้ แพนโดรายังถูกปกคลุมด้วยตะกอนละเอียดบางชนิด มีการเสนอว่าลักษณะเหล่านี้เกิดจากการสะสมของวัสดุจากวงแหวนบนดวงจันทร์เหล่านี้ หลักฐานเพิ่มเติมสำหรับกระบวนการดังกล่าวอาจรวมถึงความหนาแน่นต่ำของดวงจันทร์เหล่านี้ (อาจเป็นเพราะวัสดุที่สะสมนั้นหลวม) และค่าการสะท้อนแสงสูง โปรเมธีอุสถูกพบว่าดึงดูดวัสดุที่กระจายตัวจากวงแหวน F ในระหว่างการเข้าใกล้ดาวเสาร์เป็นระยะๆ

ดาวพฤหัสบดีมีดาวบริวารชั้นในที่เล็กที่สุด โดยมีเพียงสี่ดวงดังต่อไปนี้:

• เมทิส
• อาดราสเตีย
• อมัลเทีย
• เธเบ

ยาน อวกาศ กาลิเลโออาจสังเกตเห็นดวงจันทร์ขนาดเล็กบางดวงใกล้กับวงโคจรของอะมัลเทีย^{[ 3 ]}

ดาวบริวารชั้นในทั้งสิบดวงที่รู้จักกันของดาวเสาร์ มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับ ระบบวงแหวน ของดาวเสาร์ และหลายดวงโคจรอยู่ภายในวงแหวน ทำให้เกิดช่องว่างหรือ "วงแหวนย่อย" ที่ล้อมรอบอยู่ระหว่างวงแหวนหลัก

• คอล เล็กต์ S/2009 S 1และS/2009 S 2 – วงแหวน B รูปทรงพระจันทร์เสี้ยว
• แพน – ดาวเทียมบริวารในกลุ่มเอนเคของวงแหวนเอของดาวเสาร์
• แดฟนิส – ดาวเทียมนำทางในช่องว่างคีเลอร์ของวงแหวนเอของดาวเสาร์
• แอตลาส – ดาวบริวารที่คอยดูแล ขอบนอกของ วงแหวนเอของดาวเสาร์
• โพรมีธีอุส – ดาวบริวาร ชั้นในของ วงแหวน Fที่แคบของดาวเสาร์
• แพนโดรา
• เอพิเมเทอุสและยานัส – ดาวเทียมโคจรร่วมที่แลกเปลี่ยนพลังงานวงโคจรระหว่างกันเป็นระยะ
• เอจีออน – ดวงจันทร์จีริง

ดวงจันทร์ S/2009 S 1 และ Aegaeon มีขนาดเล็กเกินไปที่จะสร้างช่องทางของตัวเองในวงแหวนได้ เช่นเดียวกับดวงจันทร์ขนาดเล็กอย่างMethone , AntheและPalleneซึ่งโคจรอยู่ระหว่างดวงจันทร์ขนาดใหญ่ของดาวเสาร์อย่าง Mimas และ Enceladus

มีการพบ วัตถุเฉพาะที่จำนวนหนึ่ง เช่นS/2004 S 3 , S/2004 S 4และS/2004 S 6ซึ่งบางครั้งมีรัศมีฝุ่นล้อมรอบ ในบริเวณใกล้เคียงกับวงแหวน Fแต่ในปัจจุบันยังไม่ชัดเจนว่าวัตถุเหล่านั้นเป็นกลุ่มก้อนชั่วคราวทั้งหมดหรือไม่ หรือบางส่วนอาจมีวัตถุแข็งขนาดเล็ก (ดวงจันทร์) รวมอยู่ด้วย

ดาวเคราะห์ ยูเรนัสมีระบบดาวบริวารชั้นในที่กว้างขวางที่สุด โดยมีดวงจันทร์ที่รู้จักกันถึงสิบสี่ดวง:

• คอร์เดเลียและโอฟีเลีย คือ ดาวบริวารชั้นในและชั้นนอกตามลำดับ ที่ทำหน้าที่ดูแลวงแหวนที่สว่างที่สุดของดาวยูเรนัส ซึ่งก็คือวงแหวน ε ที่แคบ
• ยูเรนัส 28
• บิอังก้า
• เครสซิดา
• เดสเดโมนา
• จูเลียต
• พอร์เทีย
• โรซาลินด์
• กามเทพ
• เบลินดา
• เพอร์ดิต้า
• ลูกพัค
• Mab – เกี่ยวข้องกับวงแหวน μ

ดาว เนปจูนมีดาวบริวารชั้นในที่รู้จักกันเจ็ดดวง:

• ไนแอด
• ทาลาสซา
• เดสปิน่า
• กาลาเทีย − ดาวบริวาร ชั้นในของ วงแหวนอาดัมส์ที่แคบมากซึ่งแตกออกเป็นส่วนโค้ง
• ลาริสซา
• ฮิปโปแคมป์
• โปรทีอุส

เชื่อกันว่าสิ่งเหล่านี้คือกองเศษหินที่เกิดจากการรวมตัวกันใหม่ของเศษชิ้นส่วนของดาวบริวารดั้งเดิมของเนปจูน (ทั้งด้านในและด้านนอก) ซึ่งถูกรบกวนอย่างรุนแรงโดยไทรทันในช่วงเวลาไม่นานหลังจากที่ดวงจันทร์ดวงนั้นถูกดึงดูดเข้าสู่วงโคจรเริ่มต้นที่มีความเยื้องศูนย์สูงมาก การรบกวนดังกล่าวทำให้เกิดการชนกันระหว่างดาวบริวาร และเศษชิ้นส่วนบางส่วนที่ไม่ได้สูญหายไปก็รวมตัวกันใหม่เป็นดาวบริวารด้านในในปัจจุบันหลังจากที่วงโคจรของไทรทันกลายเป็นวงกลม^{[ 1 ]}

ยานอวกาศวอยเอเจอร์ 1และวอยเอเจอร์ 2 ได้ถ่ายภาพดวงจันทร์ชั้นในส่วนใหญ่แล้ว ส่วนใหญ่ปรากฏให้เห็นในภาพที่มีเพียงพิกเซลเดียว หรือมีความละเอียดเพียงไม่กี่พิกเซล อย่างไรก็ตาม ได้มีการพบเห็นลักษณะพื้นผิวที่มีรายละเอียดค่อนข้างชัดเจนบนดวงจันทร์ต่อไปนี้: