Elle commence par survoler la plus grosse lune de Saturne, Titan, et y largue l’année suivante un petit module, Huygens, pour y prendre des photos.
Jusqu’à 2008, a sonde Cassini parcourt l’espace et survole d’autres lunes de Saturne, comme Encelade, Téthys ou Rhéa. 
À leur grande surprise, les chercheurs ont alors découvert des paysages pas si inconnus, avec d’immenses déserts, des montagnes et des lacs composés non pas d’eau comme sur Terre mais d’un gaz liquide, le méthane. 