華楓他們知道卡西尼惠更斯號已在2004年7月1日到達土星，並且開始使用雷達測量土衛六表面地形的工作；卡西尼探測器在2004年11月26日飛躍到土衛六上方並且拍摂下很多高解析度的土衛六表面影象，展現了人眼從來沒有見過的明暗斑塊。
卡西尼號在2004年12月25日聖誕節釋放出了惠更斯號，惠更斯號在2005年1月14日進入土衛六大氣層進行詳細探測。惠更斯號探測器可在土衛六的大氣中燒燬前將相關資料發回。
2007年12月，卡西尼軌道探測器在靠近土衛六的第38次飛行中看到“安大略衛星湖”,但當時還不能確認其為液態。
隨著“安大略衛星湖”的突破性發現,專家認為,土衛六其他地區眾多與“安大略衛星湖”相似的“坑”也可能是湖泊。
2009年12月美國宇航局證實，土衛六“泰坦”地表上存在著液體。
“卡西尼號”太空探測器捕捉到由土衛六表面湖泊所反射的太陽光線。這一發現，證實了土衛六表面存在液體的說法。
科學家們由此認為，土衛六表面一些地區應該分佈著許多大型湖泊狀盆地，就是在這些地區存在液體。 土衛六是土星最大的衛星，與地球有許多相似之處，也正是這一點引起了科學家們的極大興趣。近20年來，科學家們已經建立了關於土衛六的完整理論。
他們認為，土衛六表面存在液烴(NGLs 海洋或湖泊。土衛六也被認為是太陽系中除地球之外唯一存在液體的行星狀天體。雖然“卡西尼號”傳回的資料並不能證明其表面存在巨大的海洋，但是它卻明顯透露了這樣一訊息，即土衛六兩極附近地區存在大型湖泊。
自從“卡西尼”號探測器在2004年開始環繞土衛六運轉後，科學家們一直在尋找“鏡面反射”現象。但是，土衛六的北半球一直處在冬季的黑暗之中，而科學家們認為北半球的湖泊比南半球多得多。
一直到2009年8月秋分時節，太陽的光線才逐漸開始直射到土衛六北半球的湖泊之上，此時也正是北半球春天的開始。
由於土衛六上空厚厚的大氣層的干擾，土衛六表面所反射的太陽光大多數都被遮蔽。“卡西尼號”探測器也是在偶然間拍下了這張罕見的照片。照片拍攝於2009年7月8日。
美國宇航局與歐洲航天局合作的“惠更斯”號探測器在土衛六泰坦的沼氣湖上漂流的景象。國家科學院7月6日公佈的一份報告稱，地外生物可能比專家之前預測的要奇怪得多。科學家需要考慮擴充有關地外生命特徵的名單，包括所謂的“怪異”生命體，它們可以在地球生命無法存活在地方茁壯成長。
NASA於2019年6月27日宣佈，如果一切按計劃進行的話，“蜻蜓”號（D
a
fly）將於2026年發射，航行8年後在泰坦上著陸，之後探測器會在這5150公里寬的衛星上巡航至少2.5年，期間進行24次飛行，總航程約180公里。這次任務的目標就是詳細記錄泰坦的化學成分。一些科學家認為，泰坦上的碳氫化合物海洋可能孕育著其獨有的奇特生命形式。此外，由於泰坦的環境與早期地球的環境非常相似，所以此次任務的觀測結果還可能有助於瞭解地球生命出現的化學過程。
土衛六上存在豐富的有機化合物和氮等元素，與地球早期生命形成時的環境相似。土衛六上的氰和烴在一定情況下可生成腈，再被星球上的水冰水解，生成羧酸和胺類物質，而這兩者還可以生成具有重大意義的氨基酸。不過，土衛六上也存在制約生命存在的重要因素。一是溫度過低，二是尚未發現液態水的存在，三是土衛六沒有磁場保護，所以當它有時執行在土星的磁氣層外時，便直接暴露在太陽風之下，輻射可能使生命無法存在。
科學家稱，土星的衛星土衛六上巨大的碳氫化合物“冰山”湖可形成奇異生命形式。美國宇航局的研究人員表示，這一最新理論或許還能解釋來自這顆衛星上的巨大湖泊和海洋的奇怪讀數 。
土衛六表面的這個新湖泊覆蓋面積有1.3萬平方英里（3.4萬平方公里），它位於土衛六南極位置，具有部分湖泊特徵。自從“卡西尼”探測器2004年抵達土星體系，科學家就致力於研究土衛六極地附近甲烷湖泊的特徵，該研究證實了大型寒冷的衛星也存在著甲烷雨。
科學家指出，這種新湖泊只是淺薄的沼澤地，但是觀測資料顯示當暴風雨來到時，湖泊將形成足夠深、奔流向前的液體甲烷。前不久，美國約翰斯－霍普金斯大學應用物理實驗室的行星科學家伊麗莎白－圖特爾說：“土衛六表面的雷暴模型顯示一次暴風雨便可形成數十厘米深的甲烷雨水。”美國宇航局戈達德太空研究協會研究小組成員託尼－德爾傑尼奧（To
y
DelGe
io）稱，這項研究是證實土衛六表面存在液態甲烷的最直接證據。
圖特爾說：“人們看到土衛六上空的這種雲層非常類似於地球的雲層，同時人們發現該區域表面有液體洪流的跡象。”德爾傑尼奧補充指出，“卡西尼”探測器科學家在此之前並未注意到這個新湖泊的形成，當時由於科學家們意識到該區域可能出現大雨，便投入更多的精力觀測出現大雨的特徵，忽視了土衛六表面形成新湖泊的跡象。
科學家非常興奮這項研究發現揭示了土衛六的氣候特徵變化，當2004年“卡西尼”探測器抵達土星體系，正值土衛六南半球處於夏季，北半球處於冬季，暴風雲主要聚集形成於土衛六南極地區。季節正接近於春分，這兒不再有任何南半球暴風。德爾傑尼奧說：“暴風雨主要集中在中緯度地區，偶爾會出現在低緯度地區。”
2008年，“卡西尼”探測器已完成了4年勘測任務，計劃延長勘測時間至2010年。該探測器現執行狀況健康正常，任務操作員希望今後進一步延長其工作壽命。
圖特爾在約翰·霍普金斯大學實驗室的同事拉爾夫－羅雷茲（Ralph Lo