С диаметър от 5150 километра Титан е най-голямото от семейството на луните на Сатурн; тя е дори по-голяма от планетите Меркурий или Плутон. Той има атмосфера от оранжево-жълт смог, съставен предимно от азот с изобилие от въглеводородни органични съединения, включително метан; въпреки че изглежда, че има много малко облаци. На 26 октомври Касини премина близо до Титан, разкривайки първия поглед на странната повърхност на Луната. Той откри грапав, но равен пейзаж с малко кратери, което означава, че планетата трябва да е геологически активна. Мистериозни мазни потоци от криогенен лед леят по повърхността. Планетарните учени бяха развълнувани от резултатите досега.
Титан е студен. Повърхностната му температура е -180? C - твърде студено за течна вода, но все пак е близо до тройната точка на метана, където този въглеводороден газ може да съществува във всичките си физически състояния на повърхността му: твърд лед, течен или газообразен.
Касини насочи своя спектрограф за ултравиолетово изображение (UVIS) към звездата Спика (Alpha Virginis), след това Ламбда Скорпи и през следващите 8 часа наблюдава звездите, тъй като са били затъмнени от атмосферата на Титан. Този чувствителен инструмент е различен от другите видове спектрометри, тъй като може да приема както спектрални, така и пространствени показания. Особено умел е да определя състава на газовете. Пространствените наблюдения имат широк по-тесен изглед, висок е само един пиксел и 60 пиксела. Спектралният размер е 1,024 пиксела на пространствен пиксел. Освен това той е способен да прави толкова много изображения, че да създава филми, за да показва начините, по които този материал се движи от други сили. Това осигури вертикален профил на основните съставки на атмосферните слоеве, които имат подобен температурен профил на Земята.
Близкият подход настъпи, преди Касини да премине през пръстеновата плоскост на Сатурн и върна някои от най-добрите снимки от близкия план на пръстеновата система до момента. Тогава Касини започна да използва радара си за картографиране на част от повърхностния терен на Титан под малък ъгъл на слънчевата фаза. Експериментът търсеше признаци на горещи точки на лунната повърхност, които да показват наличието на активни крио-вулкани и дори осветление в атмосферата на Титан.
2.6-метровата сонда на Хюгенс ще се отдели от своя кораб майка на Бъдни вечер, пътувайки към Титан и ще влезе в лунната атмосфера на 14 януари. Голяма част от науката на Хюйгенс ще се проведе по време на атмосферното му приличие, което ще бъде предадено на Касини и след това ще бъде предадено обратно на чакащите учени и медиите на Земята. Ако Хюйгенс действително кацне успешно на Титан, това ще бъде основен бонус за мисията.
Хюйгенс ще се опита да определи произхода на молекулата на азотната атмосфера на Титан. Планетарните учени искат да отговорят на въпроса: „Атмосферата на Титан е изначална (натрупана с формирането на Титан) или първоначално е била натрупана като амоняк, който впоследствие се разпада до образуване на азот и водород?“
Ако азотът от слънчевата мъглявина (от който се е образувала нашата Слънчева система) е бил източникът на азот на Титан, тогава съотношението на аргон към азот в слънчевата мъглявина трябва да бъде запазено. Подобна констатация би означавала, че наистина сме намерили извадка от „първоначалните“ планетарни атмосфери на нашата Слънчева система
Хюйгенс също ще се опита да открие светкавици на Титан. Обширната атмосфера на Титан може да бъде домакин на електрически бури и мълнии, подобни на Земята. Въпреки че досега не са наблюдавани данни за светкавици на Титан, мисията Касини Хюйгенс предоставя възможност да се определи дали такава светкавица съществува. В допълнение към визуалното търсене на светкавици, изследването на плазмените вълни в околностите на Титан може да предложи друг метод. Светкавицата изхвърля широка лента от електромагнитно излъчване, част от която може да се разпространява по линиите на магнитното поле като излъчване в режим на свирка.
От научния кореспондент Ричард Пиърсън