สภาพภูมิอากาศของไททันดวงจันทร์ที่ใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์มีความคล้ายคลึงกับสภาพภูมิอากาศของโลก ในหลายแง่มุม แม้ว่าจะมีอุณหภูมิพื้นผิวต่ำกว่ามากก็ตามชั้นบรรยากาศ ที่ หนาแน่น ฝน มีเทนและการเกิดภูเขาไฟน้ำแข็ง ที่อาจเกิดขึ้น ทำให้เกิดความคล้ายคลึงกัน (แม้ว่าจะใช้วัสดุที่แตกต่างกัน) กับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้นบนโลกในช่วงปีที่มีระยะเวลาสั้นกว่ามากของโลก

ไททันได้รับแสงแดดเพียงประมาณ 1% ของปริมาณแสงแดดที่โลกได้รับ^{[ 1 ]}อุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยอยู่ที่ประมาณ 90.6 K (-182.55 °C หรือ -296.59 °F) ^{[ 2 ]}ที่อุณหภูมินี้ น้ำแข็งมีแรงดันไอต่ำมาก ดังนั้นบรรยากาศจึงแทบไม่มีไอน้ำ อย่างไรก็ตาม มีเทนในบรรยากาศทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก อย่างมาก ซึ่งทำให้พื้นผิวของไททันมีอุณหภูมิสูงกว่าจุดสมดุลทางความร้อนมาก^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}

หมอกในชั้นบรรยากาศของไททันมีส่วนทำให้เกิดปรากฏการณ์ต่อต้านเรือนกระจกโดยการสะท้อนแสงอาทิตย์กลับสู่ห้วงอวกาศ ทำให้พื้นผิวเย็นกว่าชั้นบรรยากาศด้านบนอย่างมาก^{[ 3 ]}ซึ่งช่วยชดเชยภาวะโลกร้อนจากเรือนกระจกได้บางส่วน และทำให้พื้นผิวเย็นกว่าที่คาดไว้จากปรากฏการณ์เรือนกระจกเพียงอย่างเดียว^{[ 6 ]}ตามที่ McKay และคณะกล่าวไว้ว่า "ปรากฏการณ์ต่อต้านเรือนกระจกบนไททันช่วยลดอุณหภูมิพื้นผิวลง 9 K ในขณะที่ปรากฏการณ์เรือนกระจกทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้น 21 K ผลสุทธิคืออุณหภูมิพื้นผิว (94 K) อุ่นกว่าอุณหภูมิที่แท้จริง (82 K) ถึง 12 K [ กล่าวคือสมดุลที่จะเกิดขึ้นหากไม่มีชั้นบรรยากาศ]" ^{[ 3 ]}

มุมเอียงวงโคจรของไททันเมื่อเทียบกับดวงอาทิตย์นั้นใกล้เคียงกับมุมเอียงแกนหมุนของดาวเสาร์มาก (ประมาณ 27°) และมุมเอียงแกนหมุนเมื่อเทียบกับวงโคจรของมันเป็นศูนย์ ซึ่งหมายความว่าทิศทางของแสงอาทิตย์ที่ส่องเข้ามานั้นถูกกำหนดโดยวัฏจักรกลางวันกลางคืนของไททันและวัฏจักรปีของดาวเสาร์เกือบทั้งหมด วัฏจักรกลางวันบนไททันกินเวลา 15.9 วันของโลก ซึ่งเป็นระยะเวลาที่ไททันโคจรรอบดาวเสาร์ ไททันถูกล็อกด้วยแรงโน้มถ่วงดังนั้นส่วนเดียวกันของไททันจึงหันหน้าเข้าหาดาวเสาร์เสมอ และไม่มีวัฏจักร "เดือน" แยกต่างหาก

การเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลนั้นเกิดจากปีของดาวเสาร์: ดาวเสาร์ใช้เวลาประมาณ 29.5 ปีของโลกในการโคจรรอบดวงอาทิตย์ ทำให้ปริมาณแสงอาทิตย์ที่ส่องไปยังซีกโลกเหนือและซีกโลกใต้ของไททันแตกต่างกันในช่วงเวลาต่างๆ ของปีดาวเสาร์ การเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศตามฤดูกาล ได้แก่ ทะเลสาบไฮโดรคาร์บอนขนาดใหญ่ขึ้นในซีกโลกเหนือในช่วงฤดูหนาว หมอกควันลดลงในช่วงวิษุวัตเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงการไหลเวียนของบรรยากาศ และเมฆน้ำแข็งที่เกี่ยวข้องในบริเวณขั้วโลกใต้^{[ 7 ] [ 8 ]}วิษุวัตครั้งล่าสุดเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 11 สิงหาคม พ.ศ. 2552 ซึ่งเป็นวิษุวัตฤดูใบไม้ผลิสำหรับซีกโลกเหนือ หมายความว่าซีกโลกใต้ได้รับแสงอาทิตย์น้อยลงและกำลังเข้าสู่ฤดูหนาว^{[ 9 ]}

โดยปกติแล้วลมบนพื้นผิวจะมีความเร็วต่ำ (<1 เมตรต่อวินาที) การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ล่าสุดบ่งชี้ว่าเนินทราย ขนาดใหญ่ของ วัสดุคล้ายเขม่าที่ตกลงมาจากชั้นบรรยากาศในบริเวณเส้นศูนย์สูตรอาจถูกสร้างขึ้นโดยลมพายุที่หายากซึ่งเกิดขึ้นเพียงทุกๆ 15 ปีเมื่อไททันอยู่ในช่วงวิษุวัต[ ^{10 ] พายุ}เหล่านี้ก่อให้เกิดกระแสลมลงที่รุนแรง พัดไปทางทิศตะวันออกด้วยความเร็วสูงสุดถึง 10 เมตรต่อวินาทีเมื่อถึงพื้นผิว ในช่วงปลายปี 2010 ซึ่งเทียบเท่ากับช่วงต้นฤดูใบไม้ผลิในซีกโลกเหนือของไททัน มีการสังเกตพบพายุมีเทนหลายลูกในบริเวณทะเลทรายเส้นศูนย์สูตรของไททัน^{[ 11 ]}

เนื่องจากวงโคจรของดาวเสาร์มีความเยื้องศูนย์ ทำให้ไททันอยู่ใกล้ดวงอาทิตย์มากขึ้นประมาณ 12% ในช่วงฤดูร้อนของซีกโลกใต้ ส่งผลให้ฤดูร้อนของซีกโลกใต้สั้นกว่าแต่ร้อนกว่าฤดูร้อนของซีกโลกเหนือ ความไม่สมมาตรนี้อาจส่งผลให้เกิดความแตกต่างทางภูมิประเทศระหว่างซีกโลกต่างๆ โดยซีกโลกเหนือมีทะเลสาบไฮโดรคาร์บอนมากกว่า^{[ 12 ]}ทะเลสาบของไททันส่วนใหญ่สงบ มีคลื่นหรือระลอกคลื่นน้อย อย่างไรก็ตามยานแคสสินีได้พบหลักฐานของความปั่นป่วนที่เพิ่มขึ้นในช่วงฤดูร้อนของซีกโลกเหนือ ซึ่งบ่งชี้ว่าลมบนพื้นผิวอาจแรงขึ้นในช่วงเวลาหนึ่งของปีบนไททัน^{[ 13 ]} ยาน แคสสินียังได้พบเห็นคลื่นและระลอกคลื่นอีกด้วย^{[ 14 ]}

ผลการค้นพบจากยานสำรวจฮุยเกนส์บ่งชี้ว่าชั้นบรรยากาศของไททันมีฝนตกเป็นของเหลวมีเทนและสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ ลงบนพื้นผิวดวงจันทร์เป็นระยะ^{[ 15 ]}ในเดือนตุลาคม พ.ศ. 2550 ผู้สังเกตการณ์สังเกตเห็นความทึบแสงที่เห็นได้ชัดเพิ่มขึ้นในเมฆเหนือ บริเวณ ซานาดู ใกล้เส้นศูนย์สูตร ซึ่งบ่งชี้ถึง "ฝนปรอยมีเทน" แม้ว่านี่จะไม่ใช่หลักฐานโดยตรงของฝนก็ตาม^{[ 16 ]}อย่างไรก็ตาม ภาพถ่ายทะเลสาบในซีกโลกใต้ของไททันที่ถ่ายไว้ในช่วงหนึ่งปีต่อมาแสดงให้เห็นว่าทะเลสาบเหล่านั้นขยายใหญ่ขึ้นและเต็มไปด้วยฝนไฮโดรคาร์บอนตามฤดูกาล^{[ 5 ] [ 17 ]}เป็นไปได้ว่าบางพื้นที่บนพื้นผิวของไททันอาจถูกเคลือบด้วยชั้นของโทลินแต่ยังไม่ได้รับการยืนยัน^{[ 18 ]}การมีฝนบ่งชี้ว่าไททันอาจเป็นวัตถุในระบบสุริยะเพียงแห่งเดียว นอกเหนือจากโลก ที่ สามารถเกิด รุ้งได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากชั้นบรรยากาศมีความทึบแสงสูงมากต่อแสงที่มองเห็นได้ รุ้งส่วนใหญ่จะมองเห็นได้เฉพาะในรังสีอินฟราเรดเท่านั้น^{[ 19 ]}

จำนวนทะเลสาบมีเทนที่มองเห็นได้ใกล้ขั้วใต้ของไททันนั้นน้อยกว่าจำนวนที่สังเกตได้ใกล้ขั้วเหนืออย่างเห็นได้ชัด เนื่องจากปัจจุบันขั้วใต้เป็นฤดูร้อนและขั้วเหนือเป็นฤดูหนาว จึงมีสมมติฐานใหม่ว่าฝนมีเทนตกลงสู่ขั้วโลกในฤดูหนาวและระเหยไปในฤดูร้อน^{[ 20 ]}จากเอกสารของเท็ตสึยะ โทคาโนะ จากมหาวิทยาลัยโคโลญ พายุไซโคลนที่เกิดจากการระเหยนี้และเกี่ยวข้องกับฝนรวมถึงลมแรงระดับ 20 เมตร/วินาที (45 ไมล์ต่อชั่วโมง) คาดว่าจะก่อตัวขึ้นเหนือทะเลขนาดใหญ่ทางเหนือ (คราเคน มาเร, ลิเกีย มาเร, ปุงกา มาเร) เฉพาะในฤดูร้อนทางเหนือเท่านั้น และคงอยู่ได้นานถึงสิบวัน^{[ 21 ]}การคำนวณชี้ให้เห็นว่า เมื่อซีกโลกเหนือซึ่งเป็นที่ตั้งของทะเลสาบส่วนใหญ่เข้าสู่ฤดูร้อนอันยาวนานของไททัน ความเร็วลมอาจเพิ่มขึ้นเป็น 3 กิโลเมตร/ชั่วโมง ซึ่งเป็นระดับที่เพียงพอที่จะทำให้เกิดคลื่นได้^{[ 22 ]}คลื่นได้รับการสังเกตหลายครั้งโดย เรดาร์ Cassiniและสเปกโตรมิเตอร์การทำแผนที่ภาพและอินฟราเรดตั้งแต่ปี 2014 ซึ่งน่าจะเกิดจากลมฤดูร้อน^{[ 23 ] [ 24 ]}หรือกระแสน้ำขึ้นน้ำลง^{[ 25 ] [ 26 ]}

การจำลองรูปแบบลมทั่วโลกโดยอาศัยข้อมูลความเร็วลมที่ยานฮุยเกนส์ เก็บรวบรวม ระหว่างการลงจอด แสดงให้เห็นว่าบรรยากาศของไททันมีการหมุนเวียนในเซลล์แฮดลีย์ ขนาดใหญ่เพียงเซลล์เดียว ก๊าซอุ่นลอยขึ้นในซีกโลกใต้ของไททัน ซึ่งกำลังประสบกับฤดูร้อนระหว่าง การลงจอด ของยานฮุยเกนส์และจมลงในซีกโลกเหนือ ส่งผลให้เกิดการไหลของก๊าซในระดับสูงจากใต้ไปเหนือ และการไหลของก๊าซในระดับต่ำจากเหนือไปใต้ เซลล์แฮดลีย์ขนาดใหญ่เช่นนี้เป็นไปได้เฉพาะในโลกที่หมุนช้าเช่นไททันเท่านั้น^{[ 27 ]}เซลล์การหมุนเวียนของลมจากขั้วโลกหนึ่งไปยังอีกขั้วโลกหนึ่งดูเหมือนจะอยู่ตรงกลางของชั้นสตราโตสเฟียร์ การจำลองชี้ให้เห็นว่ามันควรจะเปลี่ยนแปลงทุกๆ สิบสองปี โดยมีช่วงเปลี่ยนผ่านสามปี ตลอดระยะเวลาหนึ่งปีของไททัน (30 ปีบนโลก) ^{[ 28 ]} เซลล์นี้สร้างแถบความดันต่ำทั่วโลก ซึ่งในทางปฏิบัติแล้วเป็นรูปแบบหนึ่งของ เขตบรรจบกันระหว่างเขตร้อน (ITCZ) ของโลกอย่างไรก็ตาม ต่างจากบนโลกที่มหาสมุทรจำกัด ITCZ ​​ให้อยู่ในเขตร้อน บนไททัน เขตนี้จะเคลื่อนที่จากขั้วโลกหนึ่งไปยังอีกขั้วโลกหนึ่ง โดยนำเมฆฝนมีเทนไปด้วย ซึ่งหมายความว่าไททัน แม้จะมีอุณหภูมิที่หนาวจัด ก็อาจกล่าวได้ว่ามีสภาพภูมิอากาศแบบเขตร้อน^{[ 29 ]}

ในเดือนมิถุนายน พ.ศ. 2555 ยานแคสสินีได้ถ่ายภาพกระแสน้ำวนขั้วโลก ที่หมุนวน อยู่บนขั้วใต้ของไททัน ซึ่งทีมถ่ายภาพเชื่อว่าเกี่ยวข้องกับ "กลุ่มหมอกขั้วโลก" ซึ่งเป็นบริเวณที่มีหมอกหนาแน่นในระดับความสูงมากที่เห็นเหนือขั้วเหนือตั้งแต่ยานสำรวจมาถึงในปี พ.ศ. 2547 เนื่องจากขณะนี้ซีกโลกกำลังเปลี่ยนฤดูกาลตั้งแต่ช่วงวิษุวัตในปี พ.ศ. 2552 โดยขั้วใต้เข้าสู่ฤดูหนาวและขั้วเหนือเข้าสู่ฤดูร้อน จึงมีการตั้งสมมติฐานว่ากระแสน้ำวนนี้อาจเป็นสัญญาณของการก่อตัวของกลุ่มหมอกขั้วโลกใหม่ทางตอนใต้^{[ 30 ] [ 31 ]}

เมฆของไททัน ซึ่งอาจประกอบด้วยมีเทนอีเทนหรือสารอินทรีย์อย่างง่ายอื่นๆ กระจายตัวและเปลี่ยนแปลงได้ ทำให้เกิดหมอกโดยรวม^{[ 32 ]}

ในเดือนกันยายน พ.ศ. 2549 ยานแคสสินีได้ถ่ายภาพเมฆขนาดใหญ่ที่ความสูง 40 กิโลเมตรเหนือขั้วเหนือของไททัน แม้ว่าจะทราบกันดีว่ามีเทนสามารถควบแน่นในชั้นบรรยากาศของไททันได้แต่เมฆดังกล่าวมีแนวโน้มที่จะเป็นอีเทนมากกว่า เนื่องจากขนาดของอนุภาคที่ตรวจพบมีเพียง 1–3 ไมโครเมตรและอีเทนยังสามารถแข็งตัวได้ที่ระดับความสูงเหล่านี้ ในเดือนธันวาคมยานแคสสินีได้สังเกตเห็นเมฆปกคลุมอีกครั้งและตรวจพบมีเทน อีเทน และสารอินทรีย์อื่นๆ เมฆมีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 2,400 กิโลเมตร และยังคงมองเห็นได้ในระหว่างการบินผ่านครั้งต่อไปในอีกหนึ่งเดือนต่อมา สมมติฐานหนึ่งคือ ขณะนี้ฝนกำลังตก (หรือหากอากาศเย็นพอ ก็อาจเป็นหิมะ) ที่ขั้วเหนือ กระแสลมลงที่ละติจูดสูงทางเหนือมีความแรงมากพอที่จะผลักดันอนุภาคอินทรีย์ลงสู่พื้นผิว นี่เป็นหลักฐานที่แข็งแกร่งที่สุดเท่าที่เคยมีมาสำหรับวัฏจักร "มีทาโนโลจิคัล" (คล้ายกับวัฏจักรอุทกวิทยา ของโลก ) บนไททัน ซึ่ง เป็นสมมติฐานที่มีมานานแล้ว ^{[ 33 ]}

นอกจากนี้ยังพบเมฆเหนือบริเวณขั้วโลกใต้ด้วย โดยปกติแล้วเมฆจะปกคลุมเพียง 1% ของจานไททัน แต่ก็มีการสังเกตพบเหตุการณ์ที่เมฆขยายตัวอย่างรวดเร็วมากถึง 8% สมมติฐานหนึ่งกล่าวว่าเมฆทางใต้ก่อตัวขึ้นเมื่อระดับแสงแดด ที่สูงขึ้น ในช่วงฤดูร้อนของไททันทำให้เกิดการยกตัวในชั้นบรรยากาศ ส่งผลให้เกิดการพาความร้อนคำอธิบายนี้มีความซับซ้อนเนื่องจากการก่อตัวของเมฆไม่ได้สังเกตพบเฉพาะหลังวันครีษมายันเท่านั้น แต่ยังพบในช่วงกลางฤดูใบไม้ผลิด้วย ความชื้นของมีเทนที่เพิ่มขึ้นที่ขั้วโลกใต้อาจมีส่วนทำให้ขนาดของเมฆเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว^{[ 34 ]}เคยมีฤดูร้อนในซีกโลกใต้ของไททันจนถึงปี 2010 เมื่อวงโคจรของดาวเสาร์ซึ่งควบคุมการเคลื่อนที่ของดวงจันทร์ ทำให้ซีกโลกเหนือเอียงเข้าหาดวงอาทิตย์^{[ 27 ]}เมื่อฤดูกาลเปลี่ยน คาดว่าอีเทนจะเริ่มควบแน่นเหนือขั้วโลกใต้^{[ 35 ]}

แบบจำลองการวิจัยที่สอดคล้องกับการสังเกตการณ์แสดงให้เห็นว่าเมฆบนไททันรวมกลุ่มกันที่พิกัดที่ต้องการ และปริมาณเมฆปกคลุมจะแตกต่างกันไปตามระยะทางจากพื้นผิวในส่วนต่างๆ ของดาวเทียม ในบริเวณขั้วโลก (เหนือละติจูด 60 องศา)เมฆอีเทนที่แพร่กระจายและคงอยู่ถาวรจะปรากฏในและเหนือชั้นโทรโพสเฟียร์ ในละติจูดที่ต่ำกว่า ส่วนใหญ่พบเมฆมีเทนระหว่าง 15 ถึง 18 กิโลเมตร และมีลักษณะกระจัดกระจายและจำกัดบริเวณมากกว่า ในซีกโลกฤดูร้อน เมฆมีเทนที่หนาแต่กระจัดกระจายมักจะรวมกลุ่มกันอยู่รอบๆ 40 องศา^{[ 28 ]}

การสังเกตการณ์จากภาคพื้นดินยังเผยให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลของการปกคลุมของเมฆ ในช่วงเวลา 30 ปีของการโคจรของดาวเสาร์ ระบบเมฆของไททันดูเหมือนจะปรากฏขึ้นเป็นเวลา 25 ปี จากนั้นก็จางหายไปเป็นเวลาสี่ถึงห้าปีก่อนจะปรากฏขึ้นอีกครั้ง^{[ 33 ]}

นอกจากนี้ Cassini ยังตรวจพบเมฆสีขาวชนิด ซีรัสที่อยู่สูงในชั้นบรรยากาศตอนบนของไททัน ซึ่งน่าจะประกอบด้วยมีเทน^{[ 37 ]}

แม้ว่าจะยังไม่มีหลักฐานของการเกิดฟ้าผ่าบนไททัน แต่แบบจำลองคอมพิวเตอร์ชี้ให้เห็นว่าเมฆในชั้นโทรโปสเฟียร์ตอนล่างของดวงจันทร์สามารถสะสมประจุได้มากพอที่จะสร้างฟ้าผ่าจากระดับความสูงประมาณ 20 กิโลเมตร^{[ 38 ]}การมีฟ้าผ่าในชั้นบรรยากาศของไททันจะเอื้อต่อการผลิตสารอินทรีย์ ยานแคสสินีไม่ได้ตรวจพบฟ้าผ่าในชั้นบรรยากาศของไททัน^{[ 39 ]}แม้ว่าฟ้าผ่าอาจยังคงมีอยู่หากอ่อนเกินกว่าจะตรวจจับได้^{[ 40 ]}การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ล่าสุดแสดงให้เห็นว่าภายใต้สถานการณ์บางอย่างการปล่อยประจุแบบสตรีมเมอร์ซึ่งเป็นขั้นตอนแรกของการปล่อยประจุฟ้าผ่า อาจเกิดขึ้นได้บนไททัน^{[ 41 ]}

• ดราก้อนฟลาย — ภารกิจที่วางแผนไว้เพื่อลงจอดบนพื้นผิวของไททัน โดยใช้เฮลิคอปเตอร์ไร้คนขับ
• ทะเลสาบไททัน
• ชีวิตบนไททัน
• หกเหลี่ยมของดาวเสาร์