A 2004. december 25-én „szélnek eresztett” szonda január 14-én érte el a méretes hold légkörének legfelső rétegeit, majd 2 óra és 28 perc múlva sikeres leszállást hajtott végre az égitest felszínén. A Huygens Felszíni Tudományos Csomagja (SSP) szerint a szonda leszállás során eltalált és összetört egy jégkavicsot, majd egy puha, agyagos, feltehetően folyékony metán által átitatott felszínbe süppedt. Nem kizárt, hogy szerencséje volt, és pont egy apályos időszakot fogott ki. A leszállóegység villámlások jeleit és a Titán metánforrására utaló kémiai nyomokat is észlelt.
A Titán a Naprendszer egyetlen olyan holdja, amelyen jelentős légkör található. Atmoszférája főként nitrogénből áll, akárcsak a Föld levegője, a Titán légköre azonban tízszer sűrűbb, mint bolygónké, ezért is tartott több mint két órán át a Huygens ereszkedése, ami bőségesen elegendő idő volt a légköri gázok és erőhatások felmérésére. Az adatok azt bizonyítják, hogy a hold légköre rétegezett, a Földhöz hasonlóan van troposzférája és sztratoszférája, melyek között egy határvonal, a hőmérséklet-inverzió húzódik, azonban ennél jóval feljebb, 500 kilométeres magasságban számos más inverziókat is észlelt a Huygens Légköri Szerkezeti Műszere (HASI), melyek mindegyike saját vékony légköri rétegét jelzi.
Ilyesmiről a Föld esetében nem beszélhetünk, a felfedezés azonban nem érte meglepetésként a tudósokat a jóval vastagabb légkör okán. Marcello Fulchignoni, a HASI csapatvezetője úgy véli, a felső rétegek egészen stabilak lehetnek, hatalmas, lassú hullámokban hömpölyögve, amit a Szaturnusz gravitációja vezérel. Ezek alatt húzódik a sztratoszféra tetejéhez tapadva 200-250 kilométeren a hold jellegzetes narancssárgás, igen vastag ködtakarója, valamint egy vékonyabb páraréteg mindössze 20 kilométeres magasságban.
Ez ellentmond az előzetes modelleknek, melyek szerint az alsó sztratoszférában, 60 kilométer alatti magasságban kitisztul a légkör. A kettő között, 100 kilométeres magasság alatt a Huygens egy szintén nem várt zónába lépett, melyben a Titán heves szelei hirtelen elhaltak, 80 kilométer alatt pedig szinte halálos csend honolt, majd lejjebb, amilyen váratlanul elcsendesedett minden, úgy erősödött fel a szél, elérve az óránkénti 140 kilométeres sebességet. A jelenségre a kutatóknak pillanatnyilag még nincs magyarázatuk.
Valamivel lejjebb a HASI számos elektromos aktivitásra utaló impulzust észlelt, mely akár villámokra is utalhat. Az elektromos hullámok egészen mély morajlásként észlelhetők, mindössze 36 hertzes frekvenciával, a szakértők azonban nem teljesen biztosak abban, hogy ez a hang nem a szondán belülről, kisülések sorozatától származik. Villámlás elvileg kialakulhat a Titánon is, erre ugyanis alkalmasak a hold metánfelhői. A gáz a légkör megközelítőleg 5 százalékát teszi ki, és látszólag ugyanazt a szerepet tölti be, mint a Földön a víz, lehullva csatornákat váj a hold lankáiba.
Mindeddig az elvnek volt egy szépséghibája, a metán ugyanis a napfényben megsemmisül, létrehozva a fentebb említett narancssárga ködöt, ami végül a talajon ülepszik meg, azaz a metánnak valahonnan folyamatos utánpótlással kell rendelkeznie, forrása viszont ismeretlen volt. A megoldás a Huygens egy másik műszerében, a gázkromatográfos tömegspektrométerben (GCMS) rejlhet, ami az argon árulkodó sokszínűségére bukkant. Az argon-40 a Titán sziklás magjában jelenlévő kálium-40 radioaktív bomlásának eredménye. Hogy ez eljusson a légkörbe, keresztül kell haladnia a jégkérgen, feltehetőleg valamilyen vulkáni kitöréssel, így törhet vele együtt felszínre a metán is.
A GCMS-csapat két lehetőséget fontolgat, az egyik szerint a metánt folyamatosan képzik a magban végbemenő kémiai reakciók, a másik szerint egy hatalmas tároló húzódik meg a kéreg alatt, melyben metán-vízjég található.
