2004年11月卡西尼号飞越过土卫六照片中明亮多云的南极，但并未发现期望的甲烷存在.这令科学家们困惑，対云成分的相关研究仍然在进行中，人们过去关于土卫六大气的知识可能需要重新书写。

2004年卡西尼号观测大气的结果发现土卫六大气“超级旋转”，就像金星那样，其大气要比表面旋转快很多。

在拟态教学里，华枫认识到自从1908年，西班牙天文学家乔西·科马斯·苏拉发现土卫六具有大气层以来，在其他卫星上未曾发现过大气层的存在。他解释说，“在土卫六上形成着具有传递运动的大气云层，因此静态电场和暴风雨状况可以形成。

依据俄罗斯生物化学家亚历山大·奥帕金的理论和斯坦利·米勒的实验，土卫六具有雷电风暴活动性的大气层可能形成有机物质和早期生命形式，该条件下通过释放电量可从无机混合物中综合形成有机化合物。

至2004年，人类对土卫六的表面地图的了解仍然是非常缺乏了解的。无论如何，人类使用哈勃天文望远镜的红外线和卡西尼-惠更斯号拍摂到一个高亮度，有澳洲大小区域的图片。这个区域的非正式名称是XanaduRegio(世外桃源)；没有人知道那里是什么样。

类似的哈勃太空望远镜、Keck望远镜和甚大望远镜还观测到土卫六上另外一片大小相近的深色区域，人们推测那里可能是液态的甲烷或乙烷海洋，但卡西尼号观测的数据发现可能是其他物质。卡西尼号还发回大量土卫六高分辨率地貌图像，其中包括谜一般的线状条纹，一些科学家认为那可能是地壳构造运动产生的。

2004年11月26日的一次飞越土卫六的观测，发现土卫六光滑的表面上只有很少的冲击环形山，这些环形山在光线的作用下明暗对比强烈。这大概是土卫六烃雨或烃雪落入环形山或火山喷发活动活跃造成的经常地壳重构所致。

探测器的分光器发现亮区和暗区发射的太阳光波长一样，这就意味着它们可能由相同的物质组成(或者至少是覆盖着相同的物质)。至于到底是什么物质，人们依然不清楚。人们曾希望凭借探测器观测物体或液体反射光线而发现的烃湖或烃海并未被探测到.这使得科学家怀疑土卫六表面可能是完全呈冰状或泥泞状态。

为了更好的了解表面地貌，卡西尼太空船在飞近土卫六时使用了雷达遥感测绘技术.传回的第一张图片就展现地表是一个复杂，崎岖与平坦并存的区域.这种地貌看来应该是由火山造成的.火山可能喷发出水和氨水.另外也发现了一些好像风蚀产生的条纹状地貌。还有一些看起来是已经被填平的冲击环形山，其中的液体可能是液态烃。湖中有或没有什么仍然无法确定。另有一些区域返回的信号看来，可能是固体或液体，但其他的解释仍然存在.土卫六看起来真的很光滑，表面没有高于50米的地貌。