È il satellite più grande di Saturno (diametro medio=5150 km) e venne scoperto da Christiaan Huygens nel marzo 1655, che lo chiamò semplicemente "Luna Saturni"; il nome attuale gli fu dato solo due secoli dopo da John Herschel, figlio di W. Herschel, ed è l'appellativo generico dei giganti figli di Urano e Gea, padroni della settimana di sette giorni e che assalirono il padre: Crono era uno di loro. Inizialmente lo si riteneva il più grande satellite naturale di tutto il Sistema Solare, ma le successive ricerche rivelarono che era poco più piccolo di Ganimede, ma sempre è più grande di Mercurio; ruota attorno a Saturno in un periodo di rivoluzione di 15.94542 giorni, identico al suo periodo di rotazione, ad una distanza di 1.221.870, su un'orbita inclinata rispetto al pianeta di 0.34854o e che mostra una eccentricità pari a 0.02888.

Titano è in risonanza orbitale 3:4 con Iperione ed essendo improbabile che Iperione sia passato da un'orbita caotica a quella stabile attuale, producendo una lenta evoluzione della risonanza, si pensa che questo si sia formato in una fascia orbitale stabile mentre Titano assorbiva i corpi che si trovavano in fasce orbitali instabili.

La ionosfera inizia a circa 1200 km dalla superficie, ma a 63 km si trova uno strato di particelle cariche che divide in 2 l'atmosfera dal punto di vista delle radio-onde. Grazie alle sonde Voyager prima e alla missioni Cassini-Huygens si sa che l'atmosfera di Titano esercita una pressione superficiale maggiore di circa il 50% di quella terrestre (146.700 Pa), che è 1.5 volte più densa di quella terrestre, per cui probabilmente Saturno è sempre invisibile dalla superficie, che è composta in media per il 98.4% di azoto, per l'1.6% di metano e da tracce di idrocarburi (etano, propano, acetilene, etilene), di composti del carbonio (monossido di carbonio, anidride carbonica), cianogeno, acido cianidrico, argon ed elio.

Non è presente vapore acqueo, in quanto nella bassa atmosfera la temperatura è pari a 94 K, quindi il ghiaccio d'acqua non sublima e le nubi sparse presenti sono probabilmente composte da metano, etano o composti organici complessi. Sembra che l'abbondanza di metano vari con l'altezza. Si pensa che gli idrocarburi ed i composti organici si formino nell'alta atmosfera, risultato della scomposizione del metano da parte della radiazione ultravioletta solare, e che sarebbero i responsabili della spessa coltre di foschia-smog arancione che circonda Titano; questo ha portato a ipotizzare che su Titano sia presente un effetto serra al contrario, infatti la foschia aumenta l'albedo (0.21) del satellite e riflettendo la luce incidente dallo spazio fa calare la temperatura superficiale, mantenendola a circa 94 K (-179oC).

I dati ottenuti dalla missione Cassini-Huygens, e le osservazioni infrarosse da Terra, hanno portato alla conclusione che ci sono periodicamente delle precipitazioni di metano liquido e di composti organici sulla superficie; inoltre la scoperta al polo sud del lago di etano Ontario Lacus ha confermato che sul satellite c'è un ciclo idrologico completo basato sul metano, che alimenta i laghi superficiali scoperti ai due poli. Infatti sono stati trovati degli indizi consistenti del fenomeno di evaporazione, in quanto nella bassa atmosfera è stata riscontrata una umidità del 45%, inoltre su Titano ci sono le 4 stagioni, anche se ognuna di loro dura fra i 7 e gli 8 anni terrestri.

Le immagini prese dalla sonda Cassini nel 2004 mostrano che vicino al polo sud, ad alta quota, le nubi non contengono del metano e che l'atmosfera sembra ruotare più rapidamente della superficie del satellite, analogamente a Venere; inoltre nell'atmosfera sono presenti dei venti di circa 0.5 m/s, generati dalle forze mareali di Saturno, 400 volte più forti di quelle esercitate dalla Luna sulla Terra). Simulazioni del comportamento globale dei venti, basate sui dati presi dal probe Huygens durante la sua discesa, hanno portato alla conclusione che l'atmosfera di Titano si muove in una singola ed enorme cella di Hadley: essendo atterrato nell'emisfero sud, dove era estate (lo sarà fino al 2010), ha rilevato che l'aria calda aumentava, mentre nell'emisfero nord diminuiva; quindi alle alte latitudini l'aria fluiva dal sud al nord, mentre alle basse succedeva il contrario. La circolazione dei venti tra polo e polo sarebbe concentrata nella stratosfera e si invertirebbe ogni 12 anni, con un periodo di transizione di 3 anni, quindi un intero ciclo stagionale dura circa 30 anni. Questo spiegherebbe anche perchè sono stati rilevati pochissimi laghi di metano vicino al polo sud, mentre ne sono stati rilevati molti di più vicino al polo nord: durante l'inverno ci sono piogge di metano che riempiono i bacini, in estate i laghi sono soggetti all'evaporazione.

Per quanto riguarda la copertura nuvolosa si è visto che le nubi si possono trovano a distanze diverse dalla superficie a seconda di dove sono localizzate, alle basse latitudini sono poche e si trovano tra i 15 km e i 18 km di altitudine, ai poli si trovano nella troposfera e sopra di essa; nel settembre 2006 la sonda Cassini ha fotografato una nube di etano-metano-composti organici, di 2400 km di diametro, 40 km al di sopra del polo nord, che è rimasta visibile per oltre un mese. Anche la copertura nuvolosa sembra avere un ciclo stagionale, infatti risulta evidente per 25 anni, poi sembra dissolversi per 4-5 anni.

Le condizioni atmosferiche attuali di Titano sembrano analoghe a quelle della Terra di diversi miliardi di anni fa e quindi favorevoli allo sviluppo dei composti organici che poi possono aver dato origine alla vita, per questo Titano è interessante dal punto di vista esobiologico; bisogna però tenere conto che non è possibile fare un'analogia stretta con la Terra, in quanto la distanza di Titano dal Sole comporta una superficie perennemente ghiacciata e l'atmosfera contiene solo tracce di anidride carbonica.

Essendo la temperatura superficiale media (94 K) vicina a quella del punto triplo del metano (90.67 K), che quindi può presentarsi in forma liquida, solida e gassosa, già prima delle conferme venute dalla sonda Cassini si pensava che alcune delle zone scure superficiali potessero essere laghi o mari di metano e che essendo la superficie non uniforme, avrebbero potuto esserci dei continenti. La sonda ha scoperto che pur essendoci alternanza di zone irregolari, forse di origine "criovulcanica", e zone liscie, probabilmente create dalle particelle spinte dal vento, la superficie è relativamente liscia; quindi si può supporre che sia geologicamente giovane.

Nel 2006 è stata vista nell'emisfero sud una catena di montagne di ghiaccio, ricoperta da neve di metano, lunga 150 km, alta 1.5 km e larga 30 km; si sarebbe formata a causa del movimento delle placche tettoniche, causato forse dal vicino bacino d'impatto, che avrebbe creato una grande frattura superficiale da cui sarebbe fuoriuscito il ghiaccio necessario alla formazione; sembra che in genere non ci siano variazioni superficiali in altezza superiori ai 50 m.

Sulla superficie sono state identificate moltissime strutture:
Zone chiare e scure	zone pianeggianti con albedo brillante o albedo scuro, a cui sono stati assegnati i nomi di luoghi sacri o incantati delle varie mitologie e letterature terrestri; tra le brillanti: Adiri, Dilmun, Quivira, Tsegiji e Xanadu; tra le scure: Aztlan, Ching-tu, Senkyo Regio, Shangri-la, .... Xanadu è un altopiano grande come l'Australia che si trova nella zona equatoriale e sembra costituita di ghiaccio d'acqua altamente riflettente. Era già stata identificata nell'infrarosso dal telescopio spaziale Hubble nel 1994; la si può definire un altopiano pieno di colline, vallate e burroni, attraversato da linee scure e sinuose che sembrano dei crepacci e potrebbe essere di origine tettonica. Le zone pianeggianti scure potrebbero essere ricoperte dalla tolina, un insieme di complesse molecole organiche che stanno alla base dei mattoni della vita, che si formerebbe nell'alta atmosfera (causandone la colorazione aranciata), da dove cadrebbe sulle colline; da qui verrebbe poi "lavata" via dalle pioggie di metano e in tempi lunghissimi si depositerebbe sulle pianure. Questa ipotesi sembra trovare conferma nelle fotografie fatte dal probe Huygens, infatti attorno alla zona di atterraggio, la vasta pianura scura di "sabbia" di granelli di ghiaccio denominata Shangri-la vicino alla brillante Adiri, si vedono oltre a rocce e ciottoli di ghiaccio d'acqua delle colline chiare, in quanto composte principalmente di ghiaccio d'acqua, con linee scure, "fiumi", diretti verso la pianura scura. Contrariamente a quanto si riteneva la Huygens non ha trovato liquidi di alcun tipo nel terreno di atterraggio. Sempre nei terreni scuri a cavallo dell'equatore sono state fotografate delle dune di sabbia di ghiaccio o idrocarburi alte anche 330 m; sono tutte in direzione ovest-est e si interrompono attorno alle montagne. Sicuramente sono state create dai venti moderatamente variabili che spirano mediamente sempre in una una direzione o in due direzioni che si alternano periodicamente. La sabbia potrebbe essersi formata a causa dell'erosione della superficie ghiacciata dovuto a metano liquido, probabilmente legato ad immprovvisi allagamenti; alternativamente potrebbe trattarsi di granelli di solidi organici creati da reazioni fotochimiche nell'atmosfera del satellite.
Arcus	una struttura geologica ad arco, fino ad ora trovata solo su Titano, e che porta il nome della divinità giapponese della felicità, della pace e dell'armonia: Hotei Arcus.
Crateri	bacini da impatto a cui sono stati assegnati i nomi di dei della saggezza delle varie mitologie terrestri: Afekan Crater, Ksa Crater (30 km di diametro con un picco centrale), Menrva Crater, detto anche "Circus Maximus" (di 440 km di diametro con anelli concentrici), Selk Crater e Sinlap Crater (80 km di diametro, profondo 1300m, col fondo piatto).
Faculae	se isolate portano il nome di isole che non sono politicamente indipendenti, se sono in gruppo portano i nomi di arcipelaghi terrestri: Antilia Faculae, Crete Facula, Elba Facula, Mindanao Facula, detta anche "Ireland", Nicobar Faculae, Shikoku Facula, detta anche "Great Britain", Texel Facula, detta anche "Manhattan", Tortola Facula, detta anche "The Snail", ....
Fluctus	portano i nomi di figure mitologiche associate alla bellezza: Ara Fluctus, Leilah Fluctus, Rohe Fluctus e Winia Fluctus.
Flumina	scanalature nel terreno che potrebbero essere canali di metano o di altri composti chimici allo stato liquido (dal latino flumen) e che portano il nome di un gruppo di fiumi di ghiaccio norvegesi: Elivagar Flumen.
Insula	un'area di terra circondata da metano liquido che porta il nome di un'isola leggendaria della mitologia islandese: Mayada Insula.
Lacus	laghi di metano ed etano, alcuni dei quali ricordano dei crateri da impatto riempiti dalle pioggie di idrocarburi; sono stati tutti scoperti ai poli e gli sono stati dati i nomi dei laghi terrestri: Bolsena Lacus, Mackay Lacus, Ontario Lacus, Sparrow Lacus, ....
Grandi strutture ad anelli	non si sa come si siano formati, ma potrebbero essere i resti di grandi crateri da impatto riempiti di sedimenti scuri portati dal vento, per cui portano come questi i nomi di dei della saggezza delle varie mitologie terrestri: Nath, Veles e Guabonito, di 90 km di diametro.
Maculae	a queste macchie scure sono stati assegnati i nomi delle divinità della felicità, della pace e dell'armonia delle varie mitologie terrestri: Eir Macula, Elpis Macula, Ganesa Macula, Omacatl Macula e Polelya Macula.
Mare	zone larghe ed estese di idrocarburi liquidi che portano il nome di personaggi mitologici legati al mare: Kraken Mare e Ligeia Mare.
Regio	vasta area che porta il nome del dio cinese della pace e della felicità: Tui Regio; sembra geologicamente giovane, in quanto mancano canali prodotti dall'erosione, inoltre sono state rilevate delle strutture somiglianti a dei flussi di lava, che fanno pensare che vi sia del criovulcanesimo.
Virgae	striscie di linee chiare e scure portano il nome degli dei della pioggia: Bacab Virgae, Hobal Virga, Kalseru Virga, Perkunas Virgae e Shiwanni Virgae.

Altre strutture sono state viste sulla superficie, soprattutto alla luce infrarossa, ma rimangono misteriose, per cui non hanno nomi ufficiali, sono: La Falce (The Sickle) una regione scura a forma di falce, vista dal telescopio spaziale Hubble; Cane e Palla (Dog and Ball) e Testa di Drago (Dragon's Head), estese zone scure equatoriali, viste dal VLT dell'ESA; Si-Si il Gatto (Si-Si the Cat), una regione che sembra scura nelle immagini radar prese dalla Cassini.

Il lander Huygens ha trovato nell'atmosfera tracce di argo 40, che probabilmente deriva dalla lava di ghiaccio ed ammoniaca dovuta a criovulcanesimo; in effetti analizzando le foto scattate durante la sua discesa è stato individuato un vulcano che immetteva del metano e dell'ammoniaca nell'atmosfera. Purtroppo l'ipotesi che la prima struttura fotografata dalla sonda Cassini, la Ganesa Macula, che si sospettava fosse un criovulcano, a causa della sua forma a "pancake" (focaccia), simile a quella di alcuni vulcani di Venere, si è rivelata errata; le foto fatte nel 2008 dalla sonda Cassini non hanno ancora permesso di sapere cosa sia. La pressione necessaria per avere dei criovulcani sarebbe dovuta al ghiaccio superficiale di Titano che, comprimendo uno strato liquido di solfato di ammoniaca lo "spingerebbe" verso l'alto violentemente.

I dati presi dalla sonda Cassini sembrano confermare la sospettata presenza di uno strato liquido di acqua ed ammoniaca tra il nucleo e la crosta, probabilmente mantenuto liquido dal fatto che l'interno del satellite è ancora caldo. La prova della sua esistenza proviene dalla Huygens, in quanto in fase di discesa sul satellite ha rilevato la presenza nell'atmosfera delle onde radio ELF (Extremly Low Frequency, banda radio tra 3 Hz e 30 Hz) naturali; tali onde sulla Terra vengono usate per comunicare con i sottomarini, in quanto sono le uniche che possono penetrare in profondità nell'acqua salata, e poichè si ritiene che la superficie di Titano sia poco riflettente per le onde ELF, queste dovrebbero venir riflesse da una superficie di separazione tra uno strato ghiacciato ed uno liquido al di sotto della superficie. La presenza di questo oceano spiegherebbe, congiuntamente ai venti atmosferici, la traslazione di circa 30 km della crosta superficiale di Titano rilevata nelle immagini prese tra il 2005 ed il 2007.

Tabella riassuntiva sul Sistema Solare