Het eerste ruimtevaartuig dat Saturnus bezocht, de Amerikaanse Pioneer 11, was een van een paar sondes die begin jaren zeventig naar Jupiter werd gelanceerd. Hoewel een retargeting geen deel uitmaakte van het oorspronkelijke doel, maakten missiewetenschappers gebruik van de nauwe ontmoeting van Pioneer 11 met het zwaartekrachtveld van Jupiter om de baan van het ruimtevaartuig te veranderen en het naar een succesvolle flyby van Saturnus te sturen. In 1979 passeerde Pioneer 11 door het ringvlak van Saturnus op een afstand van slechts 38.000 km (24.000 mijl) van de A-ring en vloog binnen 21.000 km (13.000 mijl) van zijn atmosfeer.
Het dubbele ruimtevaartuig dat volgde, de US Voyagers 1 en 2 werden in 1977 aanvankelijk gelanceerd richting Jupiter. Ze hadden veel meer uitgebreide beeldapparatuur en waren specifiek ontworpen voor flybys op meerdere planeten en voor het bereiken van specifieke wetenschappelijke doelen op elke bestemming. Net als Pioneer 11 gebruikten Voyagers 1 en 2 de massa van Jupiter in manoeuvres met zwaartekracht om hun banen om te buigen naar Saturnus, die ze respectievelijk in 1980 en 81 tegenkwamen. Samen hebben de twee ruimtevaartuigen tienduizenden afbeeldingen van Saturnus en zijn ringen en manen teruggestuurd.
De Cassini-Huygens ruimtevaartuig werd in 1997 gelanceerd als een gezamenlijk project van de ruimteagentschappen van de Verenigde Staten, Europa en Italië. Het volgde een gecompliceerd traject met zwaartekracht-assisterende vliegbewegingen van Venus (tweemaal), de aarde en Jupiter die het medio 2004 naar het Saturnus-systeem brachten. Met een gewicht van bijna zes ton geladen met drijfgassen, was het interplanetaire vaartuig een van de grootste, duurste en meest complexe tot die tijd gebouwd. Het bestond uit een Saturnus-orbiter, Cassini, die de planeet, ringen en manen bestudeerde, en een sonde, Huygens, die begin 2005 per parachute door de atmosfeer van Titan naar een vaste landing daalde. Gedurende ongeveer drie uur tijdens zijn afdaling en vanaf de oppervlakte, stuurde Huygens metingen en beelden naar Cassini, die ze doorstuurde naar wetenschappers op aarde. De Cassini-missie ging door tot 2017. Onder de belangrijke ontdekkingen die het deed waren vloeibare meren op Titan en geisers van waterijs op de zuidpool van Enceladus. Toen het ruimtevaartuig het einde van zijn missie naderde, maakte het verschillende zeer korte passages naar de planeet, waarbij het de magnetische velden en de zwaartekrachtsvelden meet, en uiteindelijk ging het een traject in dat het in de atmosfeer van Saturnus stortte. Het vernietigen van Cassini zorgde ervoor dat de orbiter geen kans zou hebben om omgevingen op Titan en Enceladus te besmetten die levens zouden kunnen ondersteunen.
William B. Hubbard Mark Marley Bonnie Buratti