Výskum sondami Súbor:Crescent Saturn as seen from Voyager 1.jpg|vľavo|náhľad|Saturn zo sondy Voyager 1 Ako prvá navštívila planétu kozmická sonda Pioneer 11 v roku 1979. K Saturnu dorazila po štyriapolročnom prelete medziplanetárnym priestorom. Štúdium tejto planéty a jej okolia sa začalo 2. augusta 1979. Po riskantnom, ale úspešnom prelete rovinou Saturnových prstencov 1. septembra 1979 (hrozilo možné nebezpečenstvo zrážky s časticami týchto prstencov, ktoré mohli sondu ťažko poškodiť) sonda v ten istý deň preletela pericentrom saturnocentrickej dráhy vo výške nad hladinou mrakov. Sledovanie planéty sonda ukončila 15. septembra 1979 a pokračovala v lete do vonkajších častí slnečnej sústavy. V novembri 1980 preletel nad Saturnom Voyager 1. Najväčšie priblíženie nastalo 13. novembra 1980, ale už tri mesiace predtým začala s jeho fotografovaním. Vzniknuté fotografie priniesli mnoho nových poznatkov. Urobila tiež snímky mesiacov Mimas, Tethys, Dione, Enceladus, Rhea a Titan. Okolo Titanu preletela 12. novembra 1980 vo vzdialenosti . Počas preletu nazbierala množstvo údajov o zložení atmosféry a teplote. Mimo iného zistila, že 7 % objemu hornej atmosféry tvorí hélium a takmer celý zvyšok pripadá na vodík. O necelý rok neskôr potom nasledoval prelet sondy Voyager 2. Najbližšie priblíženie k Saturnu nastalo 25. augusta 1981. Počas preletu okolo Saturnu začala sonda s výskumom horných vrstiev atmosféry planéty pomocou radaru. Radarové merania priniesli poznatky o teplote a hustote atmosféry. Na ich základe sa zistilo, že v najvyšších oblastiach je tlak okolo 7 kilopascalov s teplotou −203 °C a v najnižších skúmaných oblastiach dochádza k nárastu tlaku a teploty až na 120 kilopascalov a −130 °C. Severný pól vykazoval súčasne rozdielnu teplotu ako obdobné oblasti na juhu. Severné oblasti boli o 10 °C chladnejšie, čo sa následne interpretovalo ako následok sezónnych javov. Počas priblíženia sondy k planéte bolo vyhotovených a odoslaných na Zem okolo 16 000 fotografií. Cassini-Huygens Umelcova predstava sondy Cassini nad prstencami Saturna Všetky predchádzajúce misie však boli iba prelety, čiže sondy neboli navedené na obežnú dráhu planéty. Až v roku 1997 odštartovala k Saturnu sonda Cassini vyvinutá NASA, ktorá sa stala prvou umelou družicou Saturna. Na obežnú dráhu bola navedená 1. júla 2004. 25. decembra sa od sondy oddelil pristávací modul Huygens, navrhnutý a vyrobený Európskou kozmickou agentúrou. Modul po oddelení začal trojtýždňovú samostatnú cestu. 14. januára 2005, počas tretieho obehu sondy Cassini okolo Saturna, modul Huygens úspešne pristál na mesiaci Titan. Počas jeho pristávania slúžila sonda Cassini ako retranslačná stanica pre predávanie vedeckých a technických dát zo sondy Huygens na Zem. Huygens pristál na zmrznutom titanovom „bahne“ tvorenom zmesou kremičitanových hornín a tuhého metánu. Nad očakávania vedcov prežil pristátie o viac ako 4 hodiny a spojenie medzi ním a materskou sondou Cassini preposielajúcou signál na Zem bolo prerušené až 2 hodiny po pristátí, keď sa Cassini stratila za obzorom. Sonda Cassini pokračuje z obežnej dráhy v skúmaní Saturnu rovnako ako aj jeho mesiacov. Na jej palube je 12 vedeckých prístrojov na snímkovanie, mapovanie, meranie chemického zloženia, teploty, magnetického poľa a štúdia zloženia telies. Sonda má fungovať do septembra roku 2017. Misia Cassini-Huygens je spoločný projekt americkej organizácie NASA, západoeurópskej organizácie ESA a talianskej kozmickej agentúry ASI. Medzi hlavné úspechy tejto misie patrí objav uhľovodíkového jazera Ontario a impaktných kráterov na povrchu Titanu, potvrdenie atmosféry okolo mesiaca Enceladus, blízke snímky vzdialeného a retrográdne obiehajúceho mesiaca Phoebe, objav nových mesiacov, prieskum oblasti medzi Saturnom a jeho prstencom a ďalšie.