“卡西尼-惠更斯”号探测器是首颗进入土星轨道的航天器，任务是对土星大气、光环、磁场以及卫星进行探测。探测器由“卡西尼”号轨道器和“惠更斯”号着陆器组成，总质量5655千克。“卡西尼”号轨道器携带可见光和红外制图光谱仪、相机、雷达探测仪、离子中性质谱仪、等离子体/无线电波光谱仪、等离子体光谱仪、紫外光谱仪/成像仪、磁层成像仪器、磁强计、复合红外光谱仪等载荷设备。“惠更斯”号着陆器携带大气构造仪、多普勒风实验装置、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、表面特性探测仪等载荷设备。

探测器于1997年10月15日在美国肯尼迪航天中心由“半人马座”运载火箭发射。探测器先后经历2次地球借力、1次木星借力飞行后，于2004年7月进入土星轨道，开始对土星及其卫星进行探测。2004年12月25日，“惠更斯”号着陆器与“卡西尼”号轨道器分离，2005年1月14日，“惠更斯”号着陆器下降进入土卫六大气，利用降落伞减速，穿过其稠密大气降落到土卫六表面，这是首次在外太阳系星体表面着陆，并获得了土卫六大气层和表面特征的丰富数据。“卡西尼”号轨道器利用所携带的载荷对土星及其卫星进行探测，获得了大量的土星遥感图像和科学数据。“卡西尼”号轨道器于2017年9月15日受控坠入土星大气层，结束探测任务。