1997年10月15日，“卡西尼-惠更斯号”发射升空。“卡西尼-惠更斯号”探测器的科学目标包括探测土星环和土星磁层的三维结构和动态性能；确定土卫六的表面成分以及地理学历史，根据土星云层的观测，研究土星大气动态性能；研究土卫六的云层和阴霾随着时间的变化；了解土卫八的表面黑暗物质的特性和起源。

　　卡西尼轨道器为圆柱体，三轴稳定，质量为2125kg，直径为4m，高为6.8米。采用了3个RTC供电，寿命初期功率为880W，末期功率为628W。通过1副高增益天线和2副低增益天线与地球进行通信。轨道器的有效载荷包括“卡西尼”等离子体质质谱仪、宇宙尘埃分析仪等仪器。惠更斯子探测器质量为349KG，其中有效载荷质量为49KG，携带有大气构造仪、多普勒风试验装置、下降成像仪/光谱辐射计、气体层析质谱仪、悬浮微粒收集器和热解器以及表面科学装置6种有效载荷。

　　“卡西尼-惠更斯号”在发射之后并没有直接前往土星，而是采取迂回路线，借用引力弹弓效应，飞越35亿公里前往土星。这样借力飞行，并未更加耗时，而且还大大节省了燃料。在空间飞行期间，探测器先后两次掠经金星、一次掠经地球、一次掠经木星，经过7年时间，2004年7月，“卡西尼·惠更斯号”成功进入土星轨道，随后在2004年12月，“惠更斯号”成功与“卡西尼号”分离，独自前往土卫六。

　　2005年1月14日，“惠更斯号”成功登陆土卫六表面，在登陆时，它不停地向地球传回土卫六的照片。在彻底耗完自己的能源储备之后，“惠更斯号”永远地停留在距离在土卫六表面。

　　“卡西尼号”则在进入土星轨道之后，不断地围绕着土星进行探测。在2008年轨道器的主任务结束之后，由于运行良好，科研人员又多次延长了“卡西尼号”的服役时长。经过多年的工作，传回了大量的关于土星以及卫星的照片和数据，使得科学家们有了许多新的发现。