土衛六是土星最大的衛星，直徑大約5150公里，這是量到固體表面的平均直徑。土衛六是太陽系中第二大的衛星，也是唯一擁有濃厚大氣層的衛星。

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NASA給出的土衛六半徑為2575公里，換算直徑大約是5150公里。NASA噴射推進實驗室列出的平均半徑為2574.76公里，誤差為正負0.02公里。

這個半徑是量到地面的。土衛六朦朧的大氣層向上延伸大約600公里，高度是地球大氣層的10倍。土衛六的密度略低於水的兩倍。根據卡西尼號與惠更斯號太空船的數據建立的一個模型顯示，土衛六有一個岩石核心，直徑大約4000公里，外面覆蓋著冰層與含鹽液態水層。

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土衛六的大氣大約95%是氮氣，5%是甲烷，因此和地球的空氣一樣，主要成分是氮氣。地表的氣壓大約是地球的1.5倍，相當於游泳者在海面下約5公尺處感受到的壓力。

在大氣層高處，陽光與高速粒子把甲烷和氮氣分解開來，這些碎片再結合成其他富含碳的化合物，形成一層濃厚的橙色霧霾，遮住了地表。太空船只能利用人眼看不見的光線，才能穿透這層霧霾。

土衛六是除了地球以外，目前已知唯一表面有河流、湖泊與海洋的世界，只是裡面裝的是液態甲烷與乙烷，而不是水。在大約攝氏零下179度的環境下，水冰扮演了岩石的角色。甲烷會從雲中降下，流過地表後再次蒸發，形成類似地球水循環的循環。

土衛六的冰殼下可能還有一片液態水海洋，NASA卡西尼號太空船的重力測量結果支持這個看法。歐洲太空總署的惠更斯號探測器在2005年降落到土衛六表面，它記錄到的無線電訊號顯示，這片海洋可能位於地表下55至80公里處。

荷蘭天文學家克里斯蒂安·惠更斯於1655年3月25日發現了土衛六。NASA下一個前往土衛六的任務「蜻蜓號」是一架能在地表各處飛行的旋翼探測器。截至2026年，這項任務預計最早於2028年7月發射，計劃在土衛六上執行3.3年的任務。