De acordo com Wikipedia , um arquivo ISO é (ênfase minha):
ISO disc images are uncompressed and do not use a particular container format; they are a sector-by-sector copy of the data on an optical disc, stored inside a binary file. ISO images are expected to contain the binary image of an optical media file system (usually ISO 9660 and its extensions or UDF), including the data in its files in binary format, copied exactly as they were stored on the disc. The data inside the ISO image will be structured according to the file system that was used on the optical disc from which it was created.
Quando uso o dd ou algum outro utilitário de baixo nível para gravar os bytes ISO brutos em um pendrive USB, não consigo inicializá-lo pelo pendrive. Por que é que? As estruturas brutas do sistema de arquivos estão presentes no pendrive. Claro, UDF ou outros sistemas de arquivos não são ideais para usb, mas eles devem funcionar, certo?
Eu tentei isso com as imagens mais recentes do Windows 10 e do Ubuntu 16.
Os dados serão gravados muito bem, mas as informações de inicialização no primeiro setor são específicas para unidades de CD / DVD e não funcionarão em unidades USB. Todo o resto - até (como você observou) a estrutura bruta do sistema de arquivos - é efetivamente independente de mídia, mas a informação de inicialização não é.
Isso depende de arranjos especiais que podem ser feitos para a imagem ISO específica de seu criador.
Por exemplo, o atual método 'oficial' para criar um stick USB inicializável fora da imagem ISO do Fedora é exatamente dd if=IsoImageFile.iso of=/dev/sdX
De fato, se você olhar os primeiros 512 bytes da imagem de qualquer LiveCD da F23, verá um carregador de inicialização convencional.