凱西尼號是凱西尼—惠更斯號的一個組成部分。 凱西尼—惠更斯號是美國國家航空航天局、歐洲航天局和義大利航天局的一個合作項目， 主要任務是對土星系進行空間探測。 凱西尼號探測器以義大利出生的法國天文學家凱西尼的名字命名， 其任務是環繞土星飛行， 對土星及其大氣、光環、衛星和磁場進行深入考察。
凱西尼-惠更斯號長6.7米， 寬4米， 品質達5.7噸多。 作為一個無人探測器， 它不是一個小傢伙， 如何把它送入距離約14億千米之外的土星附近呢？ 1997年10月15日， 凱西尼-惠更斯號被發射升空， 它巧妙地借助了金星、地球、木星的引力彈弓效應實現加速， 2004年7月1日進入環繞土星運行的軌道， 成為首個進入土星軌道的無人探測器。
而自2004年抵達土星軌道以來， 凱西尼號就一直兢兢業業地進行探測， 為科學家傳送回許多珍貴資料和資料。 凱西尼號對土星的探測任務， 分為四個階段。
主任務（2004年7月1日-2008年6月30日）
在這4年的主任務中， 凱西尼環繞土星75圈（注：1次繞轉或1次軌道， 指圍繞土星繞轉一次， 從0開始計數。 一次軌道的開始， 以飛行器距離土星最遠的位置開始算起）， 在環繞土星的過程中飛掠（近距離飛過）土衛六45次，
春分任務（2008年7月-2010年9月）
2008年4月15日， 凱西尼號獲得經費支持27個月的延長任務， 從2008年7月1日開始。
2009年8月， 土星迎來了春分， 即日光剛好直射土星環的邊緣， 也因為這個緣故， 這次延長任務被稱作“春分任務”。
這一階段中， 凱西尼號環繞土星運行60次， 過程中26次近距離飛掠土衛六， 7次飛掠土衛二， 1次飛掠土衛四、五和十二。
就像地球上同一個地方樹的影子在日出時比正午時更長一樣， 春分時， 日光以微小的傾角照射到土星環上， 也能讓土星環上小的凸起結構投下更長的影子。 這會起到放大信號的作用， 從而説明我們更好地研究土星環結構， 這正是春分任務的一個優勢。
夏至任務（2010年10月-2017年4月）
2010年2月3日， NASA宣佈第二次延期任務， 從2010年10月至2017年4月， 共6.5年。
一土星年約相當於29.5地球年， 從春分到夏至需7地球年多， 推算便可得知， 這一階段任務最後會經歷土星的夏至， 也因此， 這次延長任務被稱作夏至任務。
在這一階段中， 凱西尼號的計畫是繞行土星155次，
其中， 2016年11月30日至2017年4月22日這個階段被稱作“掠過土星環”（Ring-Grazing）階段。 之所以被稱作“掠過土星環”軌道階段， 是因為凱西尼號將逐漸降低軌道， 多次穿掠過土星環的外部邊緣， 所攜帶離子和中性品質攝譜儀以及宇宙塵埃分析儀將嘗試分析環的成分以及靠近環的暗淡氣體分子。
2016年12月4日， 凱西尼號第一次掠過土星環， 之後還將進行19次往返探索， 每7天1次。 這20次的任務軌道中， 凱西尼號距離土星雲頂能近到約9萬千米。
在這一階段， 由於凱西尼號會近距離觀測環， 拍攝的照片解析度能高到單圖元對應實際的1千米左右， 因此環上的或靠近環的小衛星也能有更多細節被觀測到。
壓軸收場階段（2017年4月-2017年9月）
經過“掠過土星環”階段的過渡，凱西尼號將正式進入它的壓軸收場階段。因為一旦它的燃料低於某個程度，就會陷入失控狀態。
為了避免凱西尼號與土衛六和土衛二這些可能有生命線索的衛星相撞，造成生物污染，也為了讓凱西尼號繼續發揮探測作用，科學家們趁著凱西尼號還受控制時，為凱西尼號設計了最後階段任務。
在這一階段，凱西尼號將22次穿過土星和土星環之間區域，如下圖中藍線所示，而圖中黃線展示的則是計畫中凱西尼號最後軌道的一部分——它最終將於2017年9月15日墜入土星大氣層，結束生涯。但直至“生命”最後一刻，凱西尼也將不遺餘力向地球發送回資料。
經過“掠過土星環”階段的過渡，凱西尼號將正式進入它的壓軸收場階段。因為一旦它的燃料低於某個程度，就會陷入失控狀態。
為了避免凱西尼號與土衛六和土衛二這些可能有生命線索的衛星相撞，造成生物污染，也為了讓凱西尼號繼續發揮探測作用，科學家們趁著凱西尼號還受控制時，為凱西尼號設計了最後階段任務。
在這一階段，凱西尼號將22次穿過土星和土星環之間區域，如下圖中藍線所示，而圖中黃線展示的則是計畫中凱西尼號最後軌道的一部分——它最終將於2017年9月15日墜入土星大氣層，結束生涯。但直至“生命”最後一刻，凱西尼也將不遺餘力向地球發送回資料。