La faible densité de Miranda indiquerait qu'elle est composée de silicates et de composés organiques dérivés du méthane. Quant à la surface de Miranda, elle serait composée principalement de glace d'eau. Cette surface est traversée de toutes parts par des failles et des canyons gigantesques, parfois profonds de 20.000 mètres, les montagnes atteignent 24.000 mètres d'altitude et les vallées 16.000 mètres de profondeur. Miranda partage également avec Vénus des structures planétaires rares nommés couronnes (énormes ravins circulaires entourant une sorte de plateau) peut-être dues à des diapirs de glace fondue.

Ces éléments se combinent pour créer une géographie chaotique indiquant que cette lune a connu une activité géologique intense par le passé. On pense que cette activité proviendrait des forces de marée d'Uranus, mais une autre théorie suggère que Miranda a peut-être été heurtée par un objet massif qui aurait en partie brisé la lune, qui se serait ensuite reconstituée.