Kosmosa kuģis Cassini bija pirmā zonde, kas īpaši izstrādāta Saturna izpētei, un pirmā, kas nonāca orbītā ap milzu planētu. Tajā bija nosēšanās zonde Huygens, kas bija paredzēta, lai nosēstos uz Saturna lielākā pavadoņa Titāna un izpētītu to. Cassini ir divpadsmit zinātniskie instrumenti, kā arī liela joslas platuma antena saziņai ar Zemi un radioizotopu siltuma ģeneratora (RTG) barošanas avots.
Cassini tika palaists no Kanaveralas raga 15. gada 1997. oktobrī ar nesējraķeti Titan IV/Centaur. Cassini bija otrā lielākā starpplanētu zonde, kas jebkad tika palaista, un lielas enerģijas trajektorijai uz Saturnu bija nepieciešama virkne gravitācijas pastiprinājumu, lai kosmosa kuģis virzītu uz priekšu, nepatērējot pārāk daudz degvielas. Pirms nokļūšanas Saturna orbītā 1. gada 2004. jūlijā, orbiteris veica divus aplidojumus planētai Venērai, vienu – Zemei, bet otru – milzu planētu Jupiteru.
Nonākot orbītā ap Saturnu, Cassini manevrēja, izmantojot raķešu pastiprinājumu un Saturna pavadoņu, īpaši Titāna, aplidošanu. 25. gada 2004. decembrī Cassini atbrīvoja zondi Huygens, kas vēlāk iekļuva Mēness atmosfērā un nolaidās uz tās virsmas. Kopš tā laika Cassini ir turpinājis Saturna un tā plašo mēness un gredzenu sistēmu izpēti, kā arī ir veicis daudz vairāk Titāna un citu pavadoņu, piemēram, Enceladus, novērojumu. Cassini atklāja četrus jaunus pavadoņus, kas ir pārāk mazi, lai tos novērotu no Zemes.
Cassini pārvadā divpadsmit dažādus zinātniskus instrumentus, tostarp augstas izšķirtspējas vizuālo kameru, kas ir atgriezusi Zemei tūkstošiem Saturna un tā apkārtnes attēlu. Tā infrasarkanā kamera spēj izmērīt objektu temperatūru, un tā tika izmantota, lai redzētu cauri Titāna globālajai miglai, lai kartētu virsmu. Uz kuģa esošie radara instrumenti tika izmantoti, lai apstiprinātu šķidru ezeru esamību uz Titāna, un, izlaižot radioviļņus cauri Saturna gredzeniem, zinātnieki varēja noteikt gredzenu sistēmas struktūru. Cassini ir arī vairāki detektori magnētiskā lauka stipruma mērīšanai; Enceladus vietējā magnētiskā lauka novirze tika izmantota, lai apstiprinātu, ka Mēnesim ir atmosfēra, kas galvenokārt sastāv no ūdens tvaikiem.