Zwölf Instrumente reisen an Bord von Cassini. Die von den Forschern meist „Experimente” genannte wissenschaftliche Nutzlast hat eine Masse von rund 335 Kilogramm.
Optische Fernerkundung: Eine Weitwinkel- und eine Telekamera werden Fotos im sichtbaren Licht, im nahen Ultraviolett und im nahen Infrarot schießen. Die Weitwinkeloptik ist ein Überbleibsel der Voyager-Mission. Die Beobachtungen mehrerer Eismonde werden vom Team Gerhard Neukums (FU Berlin) geleitet.
Radar: Durchdringt den Titan-Smog mit Radarstrahlen und soll während mindestens 45 Vorbeiflügen die unbekannte Oberfläche kartieren.
Kosmischer-Staub-Analysator: Untersucht Eis- und Staubpartikel innerhalb des Saturnsystems und in seiner Umgebung. Das Experiment leitet Ralf Srama vom Heidelberger Max-Planck-Institut für Kernphysik.
Magnetometer: Misst die Magnetfelder des Planeten und seiner Monde sowie Wechselwirkungen zwischen solchen Feldern. Um Störungen mit den Magnetfeldern der Bordelektrik zu vermeiden, ist das Experiment auf einem elf Meter langen Ausleger montiert.
Spektrometer für sichtbares und IR-Licht: Zur Kartierung der chemischen Zusammensetzung der Oberflächen, Atmosphären und Ringe von Saturn und seinen Monden.
Infrarot-Spektrometer: Zur Messung der Temperaturen und chemischen Zusammensetzungen der Oberflächen, Atmosphären und Ringe im Saturn-System.
UV-Spektrograph: Misst UV-Licht von Mondoberflächen, Atmosphären und Ringen, um deren Struktur, Chemie und Zusammensetzung zu klären.
Radio-Sondierung: Studiert Schwerefeld, Atmosphären und Ringe von Saturn und seinen Monden. Das geschieht, indem charakteristische Veränderungen in der von Cassini gesendeten Radiostrahlung gemessen werden.
Massenspektrometer: Untersucht neutrale und geladene Teilchen in den äußeren Atmosphären und Ionosphären von Saturn und seinen Monden.
Radio- und Plasmawellen-Experiment: Untersucht elektrische und magnetische Felder in den Magnetosphären von Saturn und Titan und im interplanetaren Medium.
Plasma-Spektrometer: Erforscht stark ionisiertes Gas (Plasma) in Saturns Magnetfeld.
Magnetosphären-Teilchen-Experiment: Erforscht die Wechselwirkung zwischen Sonnenwind und Saturn-Magnetosphäre durch Messung der Energie von Partikeln in diesem Gebiet.
