Esta é a única lua no sistema solar a ter uma atmosfera densa, sendo até mais densa que a da Terra. Pensa-se que possui lagos de hidrocarbonetos, vulcões gelados, e que o metano comporta-se quase como a água na Terra, evaporando e chovendo num ciclo interminável. Titã é um mundo que se manteve oculto até muito recentemente, coberto por uma neblina densa e alaranjada.

Titã mostra-se nos céus da Terra uma magnitude entre +7,9 e +8,7, com um disco de 0,8'' de diâmetro e pode ser observado com pequenos telescópios (de diâmetros maiores que 5 cm) ou binóculos potentes.

Todas as imagens obtidas mostraram um mundo envolto em neblina o que tornava a superfície invisível. Carl Sagan demonstrou que Titã poderia ter moléculas orgânicas, incluindo constituintes de proteínas (como os aminoácidos). Devido a estes dois motivos, é criada a missão da sonda Cassini-Huygens (da NASA e ESA), um esforço conjunto entre norte-americanos e europeus para estudar Titã e o resto do sistema saturniano. Depois de quase sete anos de viagem, a sonda chega a Saturno no dia 1 de Julho de 2004, e começa por cartografar a superfície por radar. A Cassini sobrevoou Titã a 26 de Outubro do mesmo ano e tirou imagens de alta-resolução a apenas 1200 km do planeta, discernindo bocados de claridade e escuridão que seriam visíveis ao olho humano. O módulo de Exploração Huygens (da ESA), que se destinava inteiramente ao estudo da atmosfera e superfície de Titã, desceu por entre a neblina e pousou na superfície a 14 de Janeiro de 2005; as imagens mostraram uma superfície alienígena e adversa, moldada por fluidos líquidos, mas a presença de líquidos nas imagens não foram confirmados.

Não existem planos ou estudos para missões tripuladas por seres humanos a Titã, ou a colonização deste mundo, pelo menos fora da ficção ciêntifica. O que não surpreende, dado o nosso conhecimento muito limitado de Titã. Aparentemente a superfície de Titã é muito jovem e activa, e contém bastante gelo de água e talvez oceanos e canais de compostos orgânicos líquidos. É possível que suporte uma base, mas mais informação sobre a superfície e actividades teriam que ser conhecidas. A atmosfera densa e a meteorologia são também factores a considerar.

Geologia planetária
Titã é maior que um dos planetas principais: Mercúrio, apesar de ser menos massivo que Mercúrio. Pensava-se que era a maior lua do sistema solar até recentemente, mas descobriu-se em observações mais recentes que a atmosfera densa reflete uma grande quantidade de luz, o que levou a que se pensasse que seria maior.

Titã tem várias semelhanças com as grandes luas de Júpiter (Ganímedes e Calisto) e Neptuno (Tritão) e é metade gelo (de água) e metade matéria rochosa. Presumivelmente, possui várias camadas com um núcleo rochoso de 3400 km rodeado por várias camadas de diferentes formas de cristais de gelo. Mas o interior do planeta pode ainda ser quente. Apesar de semelhante em composição com Reia e com o resto das luas de Saturno, é mais denso devido à compressão gravitacional.

Topografia geral
A superfície de Titã mostra grandes regiões claras e terreno escuro, incluindo uma grande área com um grau de reflexão razoável do tamanho da Austrália. Esta área chama-se Xanadu, e foi identificada a partir de imagens de infra-vermelhos do Telescópio Espacial Hubble e da sonda Cassini. Existem em Titã outras áreas semelhantes a Xanadu e especula-se que serão mares de metano ou etano, mas as observações da Cassini indicam que não. A Cassini tem tirado fotografias de alta-resolução de todas estas áreas, e encontrou marcas lineares enigmáticas, que alguns cientistas sugerem que indicam actividade tectónica.

De forma a entender melhor as características da superfície de Titã, a sonda Cassini tem usado radares altimétricos e abertura sintética para cartografar parte da superfície durante os encontros com esta lua. As primeiras imagens revelaram uma geologia diversa e complexa com áreas escarpadas e outras planas. Existem características que parecem ter origem vulcânica, que devem libertar água misturada com amónia. Apresenta ainda zonas raiadas que parecem ser causadas por partículas levadas pelo vento. As poucas crateras de impacto aparentam enchimento, provavelmente com chuva de hidrocarbonetos. A área já cartografada parece ser levemente plana com nenhuma variação de altura maior que 50 metros; contudo, o radar altimétrico apenas cobriu parte da região polar norte.

Nas imagens tiradas a partir da superfície pela sonda Huygens notam-se evidências de erosão na base das rochas, indicando possível actividade fluvial. A superfície é mais escura do que o que se previa, consistindo numa mistura de gelo de água e hidrocarbonetos. Acredita-se que o "solo" visível nas imagens é precipitação do nevoeiro de hidrocarbonetos acima.

O "H de Titã" é uma zona composta pelas regiões de Fensal (parte norte) e Aztlan (parte sul). Pensa-se que estas formações de terrenos sejam áreas altas de gelo de água, rodeadas por terreno raso que é preenchido com material escuro proveniente da atmosfera.

Lagos de metano
Há muito que se acredita na existência de lagos e mares de metano e etano em Titã. Contudo, mesmo que muitos aspectos da superfície possam ser explicados como sendo produtos de líquidos, não existem provas conclusivas para determinar a existência de líquidos na superfície no momento.

Quando a sonda Cassini chegou ao sistema saturniano, esperava-se que lagos ou oceanos de hidrocarbonetos pudessem ser detectados por luz do sol reflectida da superfície, o que não aconteceu até hoje. Medições de radar recentes a partir da Terra sugerem que não existe nenhum grande oceano de etano em Titã, mas pode ser que ainda existam pequenos lagos.

Os achados da Huygens a 14 de Janeiro de 2005 não mostram nenhuma área com líquidos, apesar de haver uma indicação muito forte disso no passado recente. As imagens da Huygens mostram pequenos montes atravessados por canais escuros de drenagem. Os canais dirigem-se para uma região larga, plana e escura. Pensava-se inicialmente que a região escura fosse um lago de fluídos. Todavia, tornou-se claro que a Huygens pousou na região escura e sólida.

Não foi encontrada nenhuma prova imediata da existência de líquidos no local de pouso da Huygens. A superfície foi imediatamente estudada quando a sonda pousou e verificou-se que o local era semelhante a areia solta ou argila molhada; isto é, uma crosta dura que cobre um material pegajoso. Contudo, análises subsequentes dos dados sugeriram que estes dados foram obtidos porque a sonda ao cair deslocou um seixo grande, e que o terreno seria melhor descrito como uma forma de areia feita por grãos de gelo. As imagens tiradas depois do pouso mostram um terreno plano coberto por seixos. Estes seixos, que podem ser constituídos por gelo de água, são algo redondos, o que indica a acção de fluidos.

Dado que a existência de lagos em Titã permanece por confirmar, alguns cientistas acreditam que as características escuras na lua são causados por criovulcanismo que por fluidos à superfície.

A alta densidade da atmosfera deve-se essencialmente à baixa temperatura, já que as colisões entre as moléculas dos gases não são suficientes para as acelerar até à velocidade de escape. E, o calor gerado dentro do planeta pode vomitar material para a atmosfera através dos criovulcões, tornando assim a atmosfera mais espessa.

A neblina
Pensa-se que os hidrocarbonetos na alta atmosfera de Titã e em reacções resultem da quebra do metano pela luz ultravioleta do Sol, produzindo uma camada opaca de neblina. Esta neblina impediu que as primeiras sondas que observaram Titã pudessem ver a superfície, estimulando cientistas e curiosos.

Nuvens variadas dispersas pontuam numa neblina quase completa na atmosfera de Titã. Essas nuvens são provavelmente compostas de metano, etano e outros compostos orgânicos simples. Outros compostos químicos mais complexos em pequena quantidade produzem a cor alaranjada que é visível do espaço.

A atmosfera muito espessa bloqueia a luz do sol, que demora 8 dias terrestres a atravessar o céu de Titã. A sonda Huygens não conseguiu detectar a posição do sol durante a sua descida, e apesar de ser capaz de tirar imagens da superfície, os cientistas dizem que o processo foi como fotografar asfalto em poeira. Logo, é improvável que Saturno seja visível a partir da superfície de Titã.

A Cassini também detectou nuvens altas no pólo Sul de Titã, mas que não aparentam ser de metano, como seria esperado. A descoberta tem surpreendido os cientistas, e estão a decorrer estudos para determinar a composição das nuvens e decidir se a atmosfera de Titã precisa de ser reavaliada. A Cassini indicou que Titã, tal como Vénus, é um "super rodador", ou seja, a atmosfera roda à volta do eixo da lua mais rápido que a superfície. Ao invés da Terra, onde a atmosfera é mais lenta. A velocidade de rotação no equador é cerca de 1670km/hora.

Ciclo do metano
O metano nas temperaturas comuns de Titã encontra-se no estado gasoso, mas a atmosfera de Titã destroi gradualmente o metano que vai para a atmosfera superior num processo conhecido como o ciclo do metano. Contudo, os compostos mais complexos de carbono, formados a partir de metano são líquidos a essas temperaturas. Estes compostos caem sob a forma de chuva e formam lagos com alguns metros de profundidade, talvez cobertos por blocos de gelo de amoníaco. Os lagos aparentemente evaporam-se, mas nenhum processo químico ou físico nas condições de Titã permite a retransformação destes compostos novamente em metano. A maior parte do metano deve ter origem na superfície ou através de criovulcões que alimentam novamente a atmosfera e que depois condensam-se e volta a cair em forma de chuva de metano, completando o ciclo. A Huygens também indicou que, periodicamente, chove metano líquido e outros compostos orgânicos para a superfície.

Este provável ciclo do metano em Titã, em parte, assemelha-se ao ciclo da água na Terra. Apesar disso, Titã é um mundo impróprio para ser visitado já que o metano é mortal para o homem e a temperatura é extremamente baixa.

As estações do ano
Na superfície, a temperatura de Titã é de cerca de -179°C. Nesta temperatura o gelo de água não sublima, criando uma atmosfera com praticamente nenhum vapor de água.

As temperaturas variam pouco do equador para os pólos e do dia para a noite, onde a temperatura raramente deverá chegar aos -50°C ao meio-dia. Tal como a Terra, Titã tem estações do ano, e cada estação do ano equivale a sete anos completos na Terra, já que Saturno demora quase 30 anos a dar uma volta ao Sol. A observação de tempestades na região sul do pólo Sul de Titã em Junho de 2005, onde é Verão no hemisfério Sul, levou a especular que uma área escura poderia ser um reservatório de chuvas de metano em Titã.

Vida em Titã
Os espectógrafos da Voyager 1 deram a conhecer a existência de moléculas orgânicas, e em particular de hidrocarbonetos já complexos de metano, que já tinham sido detectados a partir da Terra, mas também de acetileno e outros compostos num mundo que se revelou interessante para os exobiologos. Foi também descoberto ácido cianídrico (HCN), uma molécula um tanto simples composta por três átomos, mas que são as bases azotadas do ADN, o código com que se "escreve" a vida.

Como existe metano e monóxido de carbono em quantidade suficiente e Titã está suficientemente próximo do Sol, o planeta pode ser afectado pela luz ultravioleta. As radiações mais fortes do Sol, na alta atmosfera de Titã, leva a que as moléculas do Metano (CH4) formem moléculas mais complexas. Os hidrocarbonetos mais pesados aglomeram-se e produzem as opacas camadas de aerossol alaranjado com 200 km de altura, até serem demasiado pesados e, assim, descem à superfície. Lentamente e durante a história desta lua, uma contínua camada orgânica foi cobrindo toda a superfície até, pelo menos, centenas de quilómetros. Devido a isto, Titã tem semelhanças com a Terra primordial. Titã tem sido visto como uma Terra primitiva no congelador, com o embrião da vida congelado.

A existência de criovulcanismo em Titã tem importantes implicações na exobiologia, já que expõe os orgânicos da superfície à água líquida. A química aquosa permite que os hidrocarbonetos formem espécies pré-bióticas mais evoluídas e oxidadas, tais como aminoácidos. Num modelo feito, e como uma abóbada de apenas 1 km de altura levaria 5 x 10³ anos a se congelar com lava feita inteiramente de água líquida, e levaria até 12 x 10³ anos caso fosse de amónia desidratada, permitindo a que a química pré-biótica evolua bem mais do que foi experimentado em laboratórios na Terra.

Assim, Titã tal como a lua Europa e o planeta Marte, está no topo da lista dos planetas onde se pode encontrar formas de vida primitiva. Daqui a 5 biliões de anos quando o Sol ampliar 50 vezes o seu tamanho, Titã vai receber a mesma quantidade de energia solar que a Terra recebe hoje. Hipoteticamente e por um curto período de tempo, o satélite poderia tornar-se num mundo oceânico onde a vida prospera.