Cassini-Huygens-luotainohjelma, johon osallistuivat ESA, NASA ja Italian avaruusvirasto, on muuttanut monia käsityksiämme Saturnuksen järjestelmästä. Ohjelma laukaistiin Floridasta lokakuussa 1997, ja sen matka Saturnukseen kesti lähes seitsemän vuotta ja ulottui lähes 3,5 miljardiin kilometriin. 5,6 tonnin painoinen avaruusalus koostui kahdesta osasta: Cassini-kiertolaitteesta ja Huygens-luotaimesta.
Cassini on ensimmäinen avaruusalus, joka kiertää Saturnusta. Siinä on 12 tutkimuslaitteistoa. Saavuttuaan Saturnuksen luo 1. heinäkuuta 2004 Cassini on lähettänyt takaisin valtavia määriä uutta tietoa Saturnuksesta, sen renkaista, kuista ja magneettikentästä.
Alun perin nelivuotiseksi suunniteltu Cassini-Huygens-missio on ollut niin menestyksekäs, että sitä on jatkettu ainakin vuoteen 2017 asti. Se on lentänyt seitsemän suurimman kuun ohi, mukaan lukien jättimäisen Titanin – joka on suurempi kuin Merkurius-planeetta. Kiertolainen on ohittanut Titanin yli 70 kertaa. Lentämällä 880 km:n etäisyydellä kuusta se on tutkinut Titanin oransseja pilviä ja typpipitoista ilmakehää. Se on myös kartoittanut sen pintaa kuvantavalla tutkalla.
Joulupäivänä 2004 Huygens irtosi Cassinista. Kolme viikkoa myöhemmin se syöksyi Titanin tiheään ilmakehään ja tuli ensimmäiseksi luotaimeksi, joka laskeutui planeetan kuun pinnalle (omaa Kuutamme lukuun ottamatta). Lämpösuojan suojassa luotain hidastui 18 000 kilometristä tunnissa 1 400 kilometriin tunnissa vain kolmessa minuutissa. Pian sen jälkeen suuri laskuvarjo avautui. Noin 160 kilometrin korkeudessa luotain alkoi ottaa kuvia ja tutkia ilmakehää. Yli kahden tunnin ajan Huygensin lähettämiä tietoja vastaanotettiin ja tallennettiin Cassiniin sen lentäessä luotaajan yläpuolella.
Sen kuuden mittalaitteen lähettämät kuvat ja muut tiedot paljastivat meille ensimmäistä kertaa, millainen tämä oranssi kuu oikeastaan on. Huygens laskeutui kuivalle joenuomalle, joka oli peitetty pienillä jäisillä lohkareilla.
