Por quase 300 anos, tudo o que se conhecia do maior satélite de Saturno era sua órbita. A maior singularidade de Titã, sua atmosfera, começou a ser revelada apenas em 1944, com a detecção de intensas bandas de absorção do metano. As sondas Voyager, em 1980 e 1981, mostraram pela primeira vez a complexidade de Titã. Em sua densa atmosfera de nitrogênio, há condições para o metano – o segundo gás mais abundante –, estar presente como vapor, líquido ou sólido, indicando um ciclo hidrológico semelhante ao da água na Terra. A fotodissociação do metano origina a névoa de complexos hidrocarbonetos que cobre todo o disco, sugerindo o gradual acúmulo de sedimentos e etano líquido na superfície. A fotodissociação do metano também implica na presença de depósitos de metano na superfície, para repor o perdido da atmosfera.

Apesar da pouca energia solar disponível para uma densa atmosfera, nuvens de metano foram observadas evoluindo rapidamente na troposfera, de forma semelhante a cúmulos terrestres. Nos últimos dois anos, Titã tem sido observado detalhadamente pela primeira vez, através das sondas Cassini e Huygens. A superfície não tem oceanos e superfícies líquidas ainda não foram encontradas, mas há ampla evidência de fluxo recente de líquidos, como vales fluviais, lagos e a superfície úmida no local de pouso da Huygens. A concentração das nuvens em torno do pólo e latitudes temperadas no hemisfério sul pode ser o resultado da disponibilidade limitada de metano na superfície, restrito a pequenos lagos ou criovulcões, mas estes não foram encontrados ainda. Modelos dinâmicos de circulação global também explicam a concentração de nuvens em latitudes específicas, mas não reproduzem a distribuição observada. Com observações da Cassini no infravermelho próximo, onde a névoa e o metano são mais transparentes, estamos determinando a evolução das nuvens ao longo do atual verão no hemisfério sul e a variabilidade do metano sobre o disco de Titã. Estas observações trazem novos vínculos para o ciclo do metano, mas grande parte da meteorologia de Titã ainda é desconhecida, com menos de uma estação, em um ano de 29.5 anos terrestres, observada em detalhes.