Cassini hadde følgende instrumenter ombord: en radar, et kamera med CCD-brikke, et spektrometer for synlig lys og infrarød, et infrarødt komposittspektrometer, en ultrafiolett bilde-spektrograf, et instrument for avbildning av magnetosfæren, et magnetometer, og et massesepektrometer for ioner og nøytral materie. Telemetrien fra antennen og andre spesialsendere (en S-bånd-sender og et tofrekvenssystem på K-båndet) ble brukt for å observere atmosfærene på Titan og Saturn, og å måle tyngdefeltene til planeten og månene dens.