Sứ mệnh của Voyager 1 bao gồm chuyến bay ngang qua Titan, vệ tinh lớn nhất của Sao Thổ, từ lâu đã được biết là có bầu khí quyển. Hình ảnh được chụp bởi Pioneer 11 vào năm 1979 đã chỉ ra rằng bầu không khí rất đáng kể và phức tạp, làm tăng thêm sự quan tâm. Chuyến bay ngang qua Titan xảy ra khi tàu vũ trụ đi vào hệ thống để tránh bất kỳ khả năng thiệt hại nào gần hơn với các quan sát ảnh hưởng đến Sao Thổ và tiếp cận trong phạm vi 6.400 km (4.000 dặm), đi qua phía sau Titan khi nhìn từ Trái Đất và Mặt Trời. Phép đo của Voyager về tác động của khí quyển lên ánh sáng Mặt Trời và phép đo trên Trái Đất về tác động của nó lên tín hiệu vô tuyến của tàu thăm dò được sử dụng để xác định thành phần, mật độ và áp suất của khí quyển. Khối lượng của Titan cũng được đo bằng cách quan sát ảnh hưởng của nó lên quỹ đạo của tàu thăm dò. Lớp sương mù dày đặc ngăn cản mọi quan sát trực quan về bề mặt, nhưng việc đo thành phần, nhiệt độ của khí quyển đã đưa ra giả thuyết rằng trên bề mặt Titan có hydrocarbon thể lỏng.