La sonde Cassini–Huygens est atypique à de nombreux points de vues. C’était à l’époque la plus grosse sonde jamais envoyée dans l’espace (6 tonnes dont la moitié de carburant, 4 mètres de diamètre, 12 mètres de long). Elle emporte avec elle 18 expériences destinées à étudier Saturne, ses anneaux, sa magnétosphère, ses satellites et plus particulièrement Titan. La contribution de l’ESA est concentrée dans le module Huygens qui porte 6 des 18 expériences et qui est consacré à l’étude du satellite Titan. Ce module a été largué le 25 décembre 2004 pour plonger avec succès dans l’atmosphère de Titan le 14 janvier 2005.
Le voyage de la Terre à Saturne aura duré un peu moins de 7 ans. Il aurait été impossible d’envoyer un engin de la masse de Cassini directement de la Terre à Saturne en si peu de temps. Aucune fusée n’aurait été assez puissante pour lui donner l’impulsion suffisante. La route de Cassini–Huygens a donc été jalonnée de rencontres planétaires qui ont été utilisées pour accélérer la sonde par effet de fronde gravitationnelle. Cassini–Huygens a survolé Vénus deux fois (les 26 avril 1998 et 24 juin 1999), la Terre (le 18 août 1999) et enfin Jupiter (le 30 décembre 2000). Ces survols furent autant d’occasions de tester les instruments avant l’arrivée à Saturne. Plus particulièrement, le survol de Jupiter a permis pour la première fois des observations simultanées dans l’environnement jovien depuis deux sondes spatiales : Cassini–Huygens et Galileo.
Le LESIA est impliqué dans plusieurs expériences de la mission Cassini-Huygens :
