La sonda Cassini è stata la prima sonda progettata specificamente per esplorare Saturno e la prima ad entrare in orbita attorno al pianeta gigante. Trasportava una sonda di atterraggio, Huygens, progettata per atterrare e investigare sulla più grande luna di Saturno, Titano. Cassini trasporta dodici strumenti scientifici, oltre a un’antenna ad alta larghezza di banda per comunicare con la Terra e un generatore di calore a radioisotopi (RTG).
Cassini è stato lanciato da Cape Canaveral il 15 ottobre 1997, su un veicolo di lancio Titan IV/Centaur. Cassini è stata la seconda sonda interplanetaria più grande mai lanciata e la traiettoria ad alta energia verso Saturno ha richiesto una serie di spinte gravitazionali per spingere il veicolo spaziale senza consumare troppo carburante. L’orbiter ha effettuato due sorvoli del pianeta Venere, uno sulla Terra e uno sul pianeta gigante Giove prima di entrare nell’orbita di Saturno il 1 luglio 2004.
Una volta in orbita attorno a Saturno, Cassini ha manovrato usando i propulsori a razzo e i sorvoli delle lune di Saturno, in particolare Titano. Il 25 dicembre 2004, Cassini ha rilasciato la sonda Huygens, che in seguito è entrata nell’atmosfera della luna ed è atterrata sulla sua superficie. Da allora, Cassini ha continuato le sue indagini su Saturno e sui suoi vasti sistemi di lune e anelli, e ha fatto molte più osservazioni su Titano e altre lune come Encelado. Quattro nuove lune, troppo piccole per essere osservate dalla Terra, sono state scoperte da Cassini.
Cassini trasporta dodici diversi strumenti scientifici, tra cui una telecamera visiva ad alta risoluzione, che ha restituito alla Terra migliaia di immagini di Saturno e dei suoi dintorni. La sua telecamera a infrarossi è in grado di misurare la temperatura degli oggetti ed è stata utilizzata per vedere attraverso la foschia globale di Titano per mappare la superficie. Gli strumenti radar a bordo sono stati utilizzati per confermare l’esistenza di laghi liquidi su Titano e, facendo passare le onde radio attraverso gli anelli di Saturno, gli scienziati hanno potuto determinare la struttura del sistema di anelli. Cassini ha anche diversi rilevatori per misurare l’intensità del campo magnetico; una deflessione nel campo magnetico locale di Encelado fu usata per confermare che la luna aveva un’atmosfera, composta principalmente da vapore acqueo.