土星探測

土星探测是指人类向土星发射太空探测器来对土星进行探测活动。而土星就像其他类木行星一样，没有固体表面可以供探测器登陆。先锋11号在1979年9月飞越过土星，这也是人类首次对土星进行的探测任务。卡西尼号则是迄今唯一深入探测过土星和其卫星的探测器。

先锋11号

先锋11号是人类首次进行的土星探测任务，它于1979年9月接近土星，并从土星云层顶端上方20,000公里的地区通过。先锋11号也拍摄到土星与一些卫星的低解析照片，这些照片不足以分辨出表面的特征。先锋11号也研究了土星环，发现F环，也得知环带中间的黑暗隙缝并非没有任何物质存在的，当它朝向太阳时会发出光芒。先锋11号也测出土卫六的表面温度为250K。

航海家计划

航海家1号于1980年11月进入土星系统，并首次传回土星、环带与卫星的高解析照片。人类也首次见到这些卫星多变化的表面特征。因为早期的探测发现土卫六拥有浓厚的大气层，所以喷气推进实验室选择由航海家1号来接近土卫六。这也大幅增加人类对于土卫六大气层的认识，但也证实它的大气层是可见光无法穿过的，所以无法研究表面状况。这次探测也改变航海家1号的轨道，并让它因此离开太阳系。
几乎在航海家1号抵达土星的一年后，航海家2号也在1981年8月抵达土星进行探测。更多卫星表面的细节被发现，也得知环带变化的过程。航海家2号使用雷达来探测土星大气层的温度与密度，并发现在压力7,000帕斯卡的地区，温度为摄氏−203度；而在120,000帕斯卡的地区，温度为摄氏−130度。北极地区的温度低10度，虽然这可能是季节性的。不幸的是，航海家2号在探测期间照相机平台发生故障，所以造成一些环带照片遗失。土星的重力也让航海家2号可以前往天王星。。
航海家2号也在环带附近与内侧发现一些新的卫星，也发现马克士威缝与科伦坡缝的存在。

卡西尼号

卡西尼号在2004年7月1日正式进入土星轨道，不过在进入土星轨道之前，它已经广泛的研究过土星系统。卡西尼号在6月时掠过土卫九，并传回高分辨率的影像与资讯。
卡西尼号在2004年12月25日释放惠更斯号之前完成2次飞越土卫六的任务，而惠更斯探测器则在2005年1月14日降落在土卫六上，并传回降落途中探测到的大气层与地表的资料。在2005年间，卡西尼号多次探测土卫六与其他冰冻卫星。
美国国家航空航天局在2006年3月10日宣布，卡西尼号发现土卫二拥有间歇泉喷发的证据，显示它存在着液态水。
2006年9月20日，卡西尼号传回的照片显示一个先前未被发现的环带，位于明亮的主环带外侧与E及G环的内侧。
卡西尼号也在2006年7月发现土卫六的北极存在碳化氢湖泊的证据，并在2007年1月得到证实。2007年3月，土卫六北极的其他照片显示土卫六拥有一个巨大的碳化氢“海洋”，大约与里海一样大。
卡西尼号在2004年发现并证实4颗新的卫星，并在2008年7月完成主要任务，并环绕土星74次之多。之后，它进行延长任务。
在2017年9月，卡西尼－惠更斯号冲入土星大气层烧毁殆尽，标志着长达13年的土星探测任务完满结束。

未来的探测计划

土卫六－土星系统任务（Titan Saturn System Mission）是由美国国家航空航天局与欧洲空间局所合作的计划，预备探测土星及土卫六等卫星。土卫六与土卫二在卡西尼号探测任务中显露许多复杂的活动与现象。木卫二－木星系统任务（Europa Jupiter System Mission）目前正与土卫六－土星系统任务互相竞争资金。美国国家航空航天局与欧洲空间局 在2009年2月宣布木卫二－木星系统任务将会优先进行，不过土卫六－土星系统任务仍然会继续进行。土卫六－土星系统任务是由欧洲空间局的土卫六－土卫二任务（Titan and Enceladus Mission）与美国国家航空航天局土卫六2007年探测任务（Titan Explorer 2007）所合并产生的新任务。