แคสสินี-ฮอยเกนส์ (Cassini-Huygens) เป็นโครงการสำรวจอวกาศที่อยู่ภายใต้ความร่วมมือระหว่างสหรัฐอเมริกา และกลุ่มประเทศสหภาพยุโรป โดยมีวัตถุประสงค์ดังนี้
ศึกษาโครงสร้างสามมิติของวงแหวนดาวเสาร์
ตรวจวัดโครงสร้างสามมิติของสนามแม่เหล็กดาวเสาร์
ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของบรรยากาศบนดาวเสาร์
ศึกษาองค์ประกอบของพื้นผิวของดาวดวงจันทร์บริวาร
ศึกษาการเปลี่ยนแปลงของเมฆและหมอกแดดบนดวงจันทร์ไททัน
ปล่อยกระสวยอวกาศลงสู่พื้นผิวของดวงจันทร์ไททัน
ยานแคสสินีถูกส่งขึ้นอวกาศจากฐานยิงจรวดที่แหลมแคนาเวรัล มลรัฐฟลอลิดา ประเทศสหรัฐอเมริกา เมื่อวันที่ 15 ตุลาคม 2540 โดยจรวดไททัน 4 บี (Titan IV B) ซึ่งเป็นจรวดเชื้อเพลิงเหลวสองท่อนแบบอนุกรม และมีจรวดบูสเตอร์เชื้อเพลิงแข็งประกบขนานอยู่สองข้างดังภาพที่ 1 เมื่อจรวดนำยานให้หลุดพ้นจากแรงโน้มถ่วงโลกแล้ว ยานอวกาศได้เคลื่อนที่ต่อไปโดยใช้แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์เหวี่ยงยานให้โคจรผ่านดาวศุกร์ 2 รอบ ทำให้ยานมีความเร่งและโมเมนตัมเพิ่มขึ้น แล้วใช้แรงโน้มถ่วงของดาวศุกร์เหวี่ยงให้ยานเคลื่อนที่ผ่านโลกอีกครั้งหนึ่งในวันที่ 18 สิงหาคม 2542 จากนั้นใช้แรงโน้มถ่วงของโลกเหวี่ยงให้ยานเคลื่อนที่ไปยังดาวพฤหัสบดีดังภาพที่ 2
ยานแคสสินีเดินทางถึงดาวพฤหัสบดีในวันที่ 10 ตุลาคม 2546 ทำการถ่ายภาพเพื่อศึกษาพายุบนดาวพฤหัสบดี และทำการทดสอบทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอสไตน์ แล้วพบว่า สัญญาณวิทยุขณะที่ยานอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์ ใช้เวลาเดินทางนานกว่าขณะที่ยานอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ ทั้งนี้เป็นเพราะว่า มวลของดวงอาทิตย์ทำให้จักรวาลโค้ง ระยะทางที่คลื่นวิทยุเดินทางผ่านจึงเพิ่มมากขึ้น ต่อจากนั้นยานแคสสินีเดินทางต่อไปยังดาวเสาร์โดยอาศัยแรงเหวี่ยงจากดาวพฤหัสบดี
ยานแคสสินีเดินทางถึงดาวเสาร์ในปี พ.ศ.2551 และใช้แรงโน้มถ่วงของดาวเสาร์เหวี่ยงยานให้มีวงโคจรเป็นวงรี เพื่อทำการศึกษาดาวเสาร์และดวงจันทร์บริวารที่ระดับสูงต่างๆ กัน ยานแคสสินีแตกต่างจากยานสำรวจดาวเคราะห์ชั้นในตรงที่ไม่มีแผงพลังงานแสงอาทิตย์ เนื่องจากดาวเสาร์อยู่ห่างจากดวงอาทิตย์มากเกินไปดังภาพที่ 3 พลังงานจากแสงอาทิตย์ไม่มากพอที่จะผลิดกระแสไฟฟ้า ดังนั้นภายในยานอวกาศจึงติดตั้งเครื่องผลิตกระแสไฟฟ้าเรดิโอไอโซโทป (Radio Isotope Thermoelectric Generators) หรือ RTGs ซึ่งอาศัยใช้พลังงานความร้อนที่ได้จากการแตกตัวของพลูโตเนียม-238
ระหว่างการโคจรรอบดาวเสาร์ ยานแคสสินีได้พบว่า แต่ละบริเวณของดาวเสาร์ไม่ได้หมุนรอบตัวไปพร้อมกัน บรรยากาศของดาวเสาร์มีพายุหมุนซึ่งมีลักษณะคล้ายกับพายุเฮอร์ริเคนบนโลก ยานแคสสินีค้นพบดวงจันทร์บริวารของดาวเสาร์เพิ่มขึ้น 7 ดวง ดวงจันทร์บางดวงโคจรอยู่ในวงแหวนของดาวเสาร์ และพบว่า พื้นผิวของดวงจันทร์เอ็นเซลาดุสมีน้ำพุ ซึ่งมีลักษณะคล้ายคลึงกับโลกของเรา ดังภาพที่ 4
ยานแคสสินีทำการศึกษาพื้นผิวและชั้นบรรยากาศของดวงจันทร์ไททันพบว่า พื้นผิวของดาวมีมีเทนอยู่ครบทั้งสามสถานะ คือ พื้นผิวซึ่งเป็นมีเทนแข็งถูกปกคลุมด้วยหมอกมีเทน นอกจากนั้นยังมีทะเลสาบมีเทนอีกด้วย ยานแคสินีได้ส่งกระสวยฮอยเกนส์ (Huygens Probe) กางร่มชูชีพร่อนลงสู่พื้นผิวของดวงจันทร์ไททันดังภาพที่ 5 และส่งข้อมูลของบรรยากาศภายในและถ่ายภาพพื้นผิวกลับมายังโลกดังภาพที่ 6 แม้ว่าภารกิจการส่งกระสวยฮอยเก้นส์สำเร็จลุล่วงไปแล้ว แต่ยานแคสสินียังคงปฏิบัติภารกิจในวงโคจรรอบดาวเสาร์ไปอีกจนถึงปี พ.ศ.2560
