蒂安·惠更斯用他自制的新望远镜对准土星，准备研究土星环，但让他惊讶的是，在土星的旁边赫然有一颗巨大的卫星，这就是土卫六——泰坦。
1907年，西班牙天文学家何塞·科马斯·索拉从望远镜中观测到土卫六的圆面边界有阴影，指出这是存在大气的象征。
1944年，荷兰裔美国天文学家杰拉德·柯伊伯用光谱分析仪观测，发现土卫六上存在甲烷气体。
1979年9月1日，先驱者11号从距土星20800千米处掠过土星，拍摄到土星巨大的卫星土卫六的照片。并初步判断土卫六上的温度极低，生命几乎无法生存。
1980年11月12日，旅行者1号从距土星124000千米处飞越土星，九个月后，即1981年8月25日，旅行者2号从距土星100800千米处飞过。这两个探测器对土卫六的探测结果表明，土卫六大气的主要成分是氮，其他成分为氩（占6%）、甲烷（2~3%）、氢（0.6%）。表面大气压力为1.5×10⁵帕,不过土卫六表面温度很低,为 -179℃，在距表面45千米高处的对流层顶，温度更低，为-203℃，难以指望孕育生命。
2005年1月14日，惠更斯子探测器在土卫六表面降落，向地面观测站传回300多幅土卫六照片。
旅行者1号和旅行者2号曾经探测过土卫六。旅行者1号曾试图尽可能的接近土卫六；不幸的是，旅行者1号上没有仪器能够穿透土卫六上的迷雾，因为当时根本不知道上面有云层的存在。多年之后，在对旅行者1号桔色滤镜拍摄的图片进行复杂的数字处理后，虽仍然没有能够解释如世外桃源地区和镰刀地区明亮和黑暗地貌的成因，但从那时起，这些地区就开始被哈勃天文望远镜用红外线加以观测了。
旅行者2号只是粗略的探测过土卫六，旅行者2号团队必须从“调整轨道让旅行者2号详细检视土卫六”和“使用另外一个访问天王星和海王星的轨道”中选取一个。由于旅行者1号没有能够观测到其表面地貌，旅行者2号团队选择了后一个方案。
1979年9月1日，，“先驱者11号”飞掠土星，考察了土卫六。不过，当“先驱者11号”考察土卫六时，正赶上一阵强烈的太阳风，严重地影响了发回的信息。地面控制中心只收到它在35万公里处拍下的5张高分辨率的照片。在照片上，土卫六呈现美丽的桔红色，像熟透了的桔子。
“旅行者1号”于1980年11月11日飞临土卫六
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