Saturno è circondato da un gran numero di satelliti di cui alcuni "immersi" negli anelli. Attualmente, con elementi orbitali ben determinati, ce ne sono 63, di cui 3 ancora incerti, ma ne sono stati osservati molti altri: nel 2007 se ne conoscevano 92 grazie alla sonda Cassini-Huygens e non si escludono ulteriori scoperte. Tutti i satelliti principali, eccetto Phoebe, ruotano rivolgendo sempre la stessa faccia a Saturno (rotazione sincrona).

I due maggiori sono:

Titano è costituito per metà di ghiacci e per metà di roccia. Infatti la sua densità (1.88 g/cm³) è superiore a quella degli altri satelliti, indicando la presenza di un nucleo roccioso.

Atmosfera:

Titano possiede un'atmosfera 1.5 volte più densa di quella terrestre, composta per più del 90% da azoto molecolare e per il restante 8-10% da metano. Essa presenta tracce di almeno una dozzina di composti del carbonio come: etano, propano, acetilene, etilene, oltre che monossido di carbonio, acido cianidrico e cianoacetilene che, alla luce del Sole, si decompongono, formando una nebbia molto simile al nostro smog. La chimica complessa che si sviluppa, secondo molti studiosi è proprio la causa della colorazione arancione tipica del satellite. Tra le caratteristiche peculiari dell'atmosfera di Titano vi è la presenza di aerosol, particelle in sospensione di dimensioni circa mezzo millesimo di millimetro. La gravità del satellite tende ovviamente a farli precipitare verso la superficie, favorendo l'aggregazione di molecole complesse che si depositano.
Nell'atmosfera di Titano si riscontra inoltre la presenza di un esteso effetto serra, che rende la superficie leggermente più calda di quanto ci si potesse aspettare. Le cause di questo fenomeno sono i cosiddetti "gas-serra", come ad esempio il metano, componenti principali dell'atmosfera di Titano. D'altro canto, questo processo di riscaldamento è controbilanciato dalla presenza di componenti che diminuiscono l'effetto serra, come le nubi in alta atmosfera e i già citati aerosol.
L'origine dell'atmosfera di Titano è probabilmente da far risalire ai primi momenti della formazione del satellite, rimasta ad esso legata nonostante la bassa gravità (0.14 volte quella terrestre) a causa della bassa temperatura alla quale si trova. Le sue condizioni attuali sembrano analoghe a quelle della Terra diversi miliardi di anni fa e quindi favorevoli allo sviluppo di composti organici, che poi, sulla Terra, possono aver dato origine alla vita.

Superficie:

La sua temperatura superficiale è di 94 K e sale fino ai 200 K nella stratosfera. Per spiegare l'alta quantità di metano nell'atmosfera, si è subito pensato alla possibilità di oceani di metano sulla superficie del satellite, visto che, senza una fonte in grado di rifornirla, il metano contenuto nell'atmosfera verrebbe dissociato dai raggi ultravioletti nell'arco di poche migliaia di anni. Il metano infatti, viene agevolmente scisso dagli UV solari nell'alta atmosfera, dando luogo, mediante un processo di ricombinazione, ad altri idrocarburi quali etano e propano che tendono, condensando, a precipitare nell'oceano di metano sottostante nel quale sono miscibili, rendendolo quindi una miscela di vari idrocarburi.
Quest'idea avrebbe dalla sua il fatto che tale miscela è stabile e che avrebbe punto di ebollizione molto vicino alla temperatura superficiale del pianeta, rendendo possibile una certa evaporazione ed instaurando, quindi, una sorta di ciclo idrogeologico nel quale l'acqua sarebbe sostituita da metano liquido. Tuttavia, una superficie liscia come quella di un oceano non darebbe luogo ad echi radar forti come quelli registrati su Titano, che invece ben si accordano con una superficie di ghiaccio d'acqua anche abbastanza corrugata.
Per verificare una tale ipotesi, si sono tentate osservazioni infrarosse, alle quali la spessa atmosfera di Titano è parzialmente trasparente, ricavando dati che fanno supporre la presenza di strutture permanenti, quali masse solide o addirittura continenti. Questo fatto potrebbe essere confermato indirettamente anche dall'eccentricità dell'orbita del satellite, che nel caso di una superficie completamente liquida si sarebbe dovuta circolarizzare da tempo a causa degli attriti mareali.
Nell'ottobre del 1994, i ricercatori dell'équipe di Peter H. Smith (University of Arizona, Lunar and Planetary Laboratory) individuarono per la prima volta, grazie alle immagini dell'HST, una zona chiara di grandi dimensioni, una caratteristica poi successivamente confermata da ulteriori osservazioni. Questa struttura, situata nell'emisfero "posteriore" rispetto a quello rivolto verso il pianeta, ha circa le dimensioni dell'Australia, e potrebbe essere una massa continentale costituita da ghiacci chiari, sulla cui natura si dovrebbe però indagare: la presenza di idrocarburi e di polveri in sospensione, infatti, dovrebbe rendere scura ogni struttura in superficie.
Dopo vari studi, si è giunti ad una convincente interpretazione di questa estrema brillantezza: l'ipotesi chiama in causa un ciclo di precipitazioni oceano-continente, molto simili a quelle osservate sulla Terra nelle catene montuose a ridosso degli oceani: gli idrocarburi evaporati dagli oceani si condenserebbero sui continenti, dando luogo a precipitazioni che "pulirebbero" i ghiacci dalle impurità, rendendoli estremamente brillanti.
Vi è quindi una serie di evidenze a sostegno dell'ipotesi di continenti chiari formati da ghiaccio d'acqua, circondati da oceani di metano di colore tendente al nero, i quali instaurerebbero tra loro un ciclo idrogeologico in qualche modo simile a quello presente sulla Terra.
Un'ultima conferma di questa teoria si ha negli studi del team di Caitlin A. Griffith, che ha rilevato nubi in rapida evoluzione fino ad un'altitudine di circa 15 km, il cui ciclo d'evoluzione è talmente rapido (alcune ore) che porta a pensare che si tramutino completamente in piogge.
A questo punto sorge tuttavia un problema: sulla Terra la formazione della nubi è in ultima analisi dipendente dall'irraggiamento solare, che invece non può essere tirato in causa su Titano, che dista poco meno di 10 U.A dal Sole, tanto più che è stato stimato che sul satellite la differenza di temperatura tra i poli e le zone equatoriali non sia superiore a 3 K. Molti studiosi, tra cui la stessa Caitlin Griffith, sostengono che un notevole contributo sia dato dal calore latente, ossia quello liberato durante la condensazione di un gas: questa interpretazione sarebbe in accordo con i dati ottenuti per l'atmosfera di Titano.

Esplorazioni future

Il 15 ottobre 1997 è stata lanciata verso Saturno una sonda molto complessa denominata Cassini, che ha esplorato il pianeta ed i satelliti minori e si è posta in orbita attorno ad esso nel luglio 2004. Da essa si è staccato una sonda più piccola, chiamata Huygens, che è scesa sul principale satellite di Saturno, Titano, interessante per le caratteristiche viste in precedenza (atmosfera e similitudine con la Terra primordiale). Per quanto riguarda la Huygens, è equipaggiata con 3 telecamere e un apparato, chiamato Descent Imager Spectral Radiometer (DISR), costituito da 13 strumenti separati. Gli spettrometri del DISR misureranno l'assorbimento dei vari gas nell'atmosfera nel vicino infrarosso, laddove si trovano le bande di assorbimento delle molecole organiche.

La missione si occupa comunque di tutti i corpi presenti nel sistema di Saturno, cercando di raccogliere tutte le informazioni utili per fornire spiegazioni sulla sua origine e stabilità.
Questi sono i disegni di come si riteneva fossero le superfici dei principali satelliti di Saturno prima della missione Cassini.

Tabella riassuntiva sul Sistema Solare