Το διαστημόπλοιο Cassini ήταν το πρώτο σκάφος που σχεδιάστηκε ειδικά για να εξερευνήσει τον Κρόνο και το πρώτο που μπήκε σε τροχιά γύρω από τον γιγάντιο πλανήτη. Έφερε ένα καθετήρα προσγείωσης, το Huygens, το οποίο σχεδιάστηκε για να προσγειωθεί και να διερευνήσει το μεγαλύτερο φεγγάρι του Κρόνου, τον Τιτάνα. Το Cassini φέρει δώδεκα επιστημονικά όργανα, καθώς και μια κεραία υψηλού εύρους ζώνης για επικοινωνία με τη Γη και μια πηγή ενέργειας θερμικής γεννήτριας ραδιοϊσοτόπων (RTG).
Το Cassini εκτοξεύτηκε από το ακρωτήριο Canaveral στις 15 Οκτωβρίου 1997, με όχημα εκτόξευσης Titan IV/Centaur. Το Cassini ήταν το δεύτερο μεγαλύτερο διαπλανητικό σκάφος που εκτοξεύτηκε ποτέ και η τροχιά υψηλής ενέργειας προς τον Κρόνο απαιτούσε μια σειρά βαρυτικών ωθήσεων για να προωθήσει το διαστημόπλοιο χωρίς να καταναλώνει πολύ καύσιμο. Ο τροχιακός έκανε δύο πτήσεις του πλανήτη Αφροδίτη, μία από τη Γη και μία από τον γιγάντιο πλανήτη Δία πριν εισέλθει στην τροχιά του Κρόνου την 1η Ιουλίου 2004.
Μόλις βρισκόταν σε τροχιά γύρω από τον Κρόνο, το Cassini έκανε ελιγμούς χρησιμοποιώντας ώθηση πυραύλων και πτήσεις των φεγγαριών του Κρόνου, κυρίως του Τιτάνα. Στις 25 Δεκεμβρίου 2004, το Cassini απελευθέρωσε το ανιχνευτή Huygens, το οποίο αργότερα εισήλθε στην ατμόσφαιρα του φεγγαριού και προσγειώθηκε στην επιφάνειά του. Έκτοτε, το Cassini συνέχισε τις έρευνές του για τον Κρόνο και τα εκτεταμένα συστήματα φεγγαριών και δακτυλίων του, και έχει κάνει πολλές περισσότερες παρατηρήσεις του Τιτάνα και άλλων φεγγαριών όπως ο Εγκέλαδος. Τέσσερα νέα φεγγάρια, πολύ μικρά για να παρατηρηθούν από τη Γη, ανακαλύφθηκαν από το Cassini.
Το Cassini φέρει δώδεκα διαφορετικά επιστημονικά όργανα, συμπεριλαμβανομένης μιας οπτικής κάμερας υψηλής ανάλυσης, η οποία έχει επιστρέψει στη Γη χιλιάδες φωτογραφίες του Κρόνου και των περιχώρων του. Η υπέρυθρη κάμερά του είναι σε θέση να μετρήσει τη θερμοκρασία των αντικειμένων και χρησιμοποιήθηκε για να δει μέσα από την παγκόσμια ομίχλη του Τιτάνα για να χαρτογραφήσει την επιφάνεια. Τα όργανα ραντάρ επί του σκάφους χρησιμοποιήθηκαν για να επιβεβαιώσουν την ύπαρξη υγρών λιμνών στον Τιτάνα και περνώντας τα ραδιοκύματα μέσα από τους δακτυλίους του Κρόνου, οι επιστήμονες μπορούσαν να προσδιορίσουν τη δομή του συστήματος δακτυλίων. Το Cassini διαθέτει επίσης αρκετούς ανιχνευτές για τη μέτρηση της έντασης του μαγνητικού πεδίου. Μια απόκλιση στο τοπικό μαγνητικό πεδίο του Εγκέλαδου χρησιμοποιήθηκε για να επιβεβαιώσει ότι η σελήνη είχε ατμόσφαιρα, που αποτελείται κυρίως από υδρατμούς.