Obecna obfitość metanu, którą znamy z pomiarów Voyagera 1, umożliwia powstawanie chmur i deszczów. Jak się wydaje, jest jednak zbyt niska, by metan mógł istnieć w czystej, ciekłej formie na powierzchni księżyca (krople metanowego deszczu prawdopodobnie wyparowują, zanim opadną na grunt). Jeśli więc na Tytanie znajdują się morza, to prawie na pewno składają się z wytworzonego przez reakcje fotochemiczne etanu i z rozpuszczonego w nim metanu. Znalezienie odpowiedzi na pytanie, co jest źródłem metanu i co dzieje się z produktami niszczących metan reakcji fotochemicznych, jest jednym z najważniejszych celów misji CassiniHuygens. Czy jeziora lub morza na Tytanie rzeczywiście zawierają metan wymieszany z etanem? Taki wniosek można wysnuć z obserwacji wykonanych radioteleskopem w Arecibo (Portoryko), ale potwierdzić go mogą jedynie Cassini i Huygens.
Jeśli nie znajdą jezior ani mórz, będzie to oznaczać, że przez większość czasu na Tytanie było zbyt mało metanu i etanu, by takie zbiorniki mogły powstać. Oznaczałoby to również, że obecny stan atmosfery jest krótkotrwały i przejściowy. Taki stan mógłby zostać osiągnięty wskutek działania efektu cieplarnianego związanego z jednorazowym uwolnieniem dużej ilości metanu (np. wskutek uderzenia komety lub wzmożonej aktywności tektonicznowulkanicznej). Planetolodzy chcą także dowiedzieć się, jakie jest pochodzenie wykrytego przez Voyagery azotu i dlaczego Tytan jest jedynym księżycem Układu Słonecznego, który ma gęstą atmosferę. W poszukiwania odpowiedzi na te pytania będzie zaangażowana cala aparatura umieszczona na pokładzie sondy. Urządzenia obrazujące, spektrometry i radar potrafią przeniknąć gęstą mgłę otaczającą Tytana. Będą one poszukiwać mórz węglowodorowych i opracowywać mapę powierzchni. Inne instrumenty zbadają oddziaływania między atmosferą Tytana i naładowanymi cząstkami pochodzącymi z magnetosfery Saturna.
Wiązki radiowe skierowane ku Ziemi poprzez atmosferę Tytana pokażą, jak zmienia się jej temperatura zależnie od długości i szerokości geograficznej oraz od wysokości nad powierzchnią gruntu. Huygens dokona lokalnych pomiarów temperatury oraz ciśnienia i sfotografuje obłoki metanowe. W połączeniu ze zdjęciami wykonanymi przez orbiter i próbnik, dane te pozwolą ocenić intensywność metanowych opadów. Zmierzywszy wartości dwóch ważnych parametrów atmosferycznych obfitości metanu zawierającego deuter oraz stosunku obfitości argonu i kryptonu do obfitości azotu będziemy mogli ustalić pochodzenie metanu i azotu. Pierwszy przelot sondy koło Tytana i misja Huygensa powinny wywołać prawdziwą erupcję odkryć naukowych. Kolejne ciekawe informacje będą napływać w trakcie dalszych badań tego olbrzymiego księżyca. Jednak żadna pojedyncza ekspedycja wysłana do tajemniczego świata (a do Tytana takie określenie pasuje szczególnie dobrze!) nie zdoła rozwiązać wszystkich jego zagadek.