土星外围的大气层包括96.3%的氢和3.25%的氦，可以侦测到的气体还有氨、乙炔、乙烷、磷化氢和甲烷。上层的云由氨的冰晶组成，较低层的云则由硫化氢铵（NH?HS）或水组成。相对于太阳所含有的丰富的氦，土星大气层中氦的丰盈度明显高很多。
根据收集探测的数据建立了土星标准的行星3d虚拟模型，土星的内部结构与木星相似，即有一个被氢和氦包围着的较小核心。岩石核心的构成与地球相似但密度更高，估计核心的质量大约是地球质量的9–22倍。
在核心之外，有更厚的液态金属氢层，然后是数层的液态氢和氦层，在最外层是厚达1000千米的大气层，也存在着各种型态冰的踪迹。
根据探测土星有非常热的内部，核心的温度高达11700C，并且辐射至太空中的能量是它接受来自太阳的能量的2.5倍。大部分能量是由缓慢的重力压缩（克赫历程）产生，对于额外的热量来源，根据探测数据分析在土星内部深处，液态氦的液滴如雨般穿过较轻的氢，在此过程中不断地通过摩擦而产生热。
土星的上层大气与木星相似，同样都有着显而易见的条纹；但土星的条纹比较幽暗，并且赤道附近的条纹也比较“幽色”。
从底部延展至大约10千米高处，是由水冰构成的层次，温度大约是-23℃。在这之后是硫化氢氨冰的层次，延伸出另外的50千米，温度大约在-93℃，在这之上是80千米的氨冰云，温度大约是-153℃。
接近顶部，在云层之上200～270千米是可以看见的云层顶端，由数层氢和氦构成的大气层。土星的风速是太阳系中最高的，土星的东风最高可达500m/s（1800千米/时）
土星北纬78附近，围绕着北极的六边形漩涡。不同于北极，南极区影像有明显的“喷射气流”，但没有强烈的极区漩涡，也没有“六边形的驻波”。一个位于南极像飓风的风暴，有着清晰的眼壁。这是很值得注意的探测报告值得后期好好研究一下原因，因为在过去除了地球之外，没有在任何的行星上观测到眼壁云。
在北极的六边形结构中每一边的直线长度大约是13800千米，整个结构每10小时39分24秒自转一周，与行星的无线电波辐射周期一样，这也被认为是土星内部的自转周期。
这个六边形结构像大气层中可见的其他云彩一样，在经度上就好像没有移动，这是因为土星磁场不均影响大气层而形式的驻波。
土星有一个简单的具有对称形状的内在磁场——一个磁偶极子。磁场在赤道的强度为0.2高斯（20μT），大约是木星磁场的20分之一，比地球的磁场微弱一点；由于强度远比木星磁场微弱，因此土星的磁层仅延伸至土卫六轨道之外。
磁层产生的原因与木星相似——由金属氢层（被称为“金属氢发电机”）中的电流引起。与其他的行星一样，土星磁层会受到来自太阳的太阳风内的带电微粒影响而产生偏转。卫星土卫六的轨道位于土星磁层的外围，并且土卫六的大气层外层中的带电粒子提供了等离子体。
土星环绕太阳旋转一周接近30年，在公转一次中仅出现两次土星双极光现象。
这一现象是由于太阳风形成的。太阳风是太阳喷射的亚原子带电粒子流，与土星大气层的分子发生交互作用。
在地球上，极光是带电粒子沿着地球磁场线进入大气层形成的奇特现象。天文学家发现该图像中土星北极和南极极光之间存在细微的差别，其中包含在北极光中的明亮椭圆形状区域比南极光区域略小，并且光线更强烈一些。
这是由于土星的磁场分布不均匀，由于北极磁场更强一些，当太阳粒子穿过北极大气层时被加速形成能量较高的粒子流。
土星环位于土星的赤道面上。土星环有七个，其中包括三个主环（A环、B环、C环）、两个暗环（D环、E环）。
B环宽又亮，它的内侧是C环，外侧是A环。A、B两环之间为宽约4800千米的卡西尼缝，是天文学家卡西尼在1675年发现的，产生环缝的原因是因为光环中有卫星运行，卫星的引力造成的。
B环的内半径91500千米，外半径116500千米，宽度25000千米，可以并排安放两个地球。A环的内半径121500千米，外半径137000千米，宽度15500千米。
C环很暗，它从B环的内边缘一直延伸到离土星表面只有12000千米处，宽度约19000千米。1969年在C环内侧发现了更暗的D环，它几乎触及土星表面。在A环外侧还有一个E环，由非常稀疏的物质碎片构成，延伸在五六个土星半径以外。
F环很窄，宽度不到800千米，离土星中心的距离为2.33个土星半径，正好在A环的外侧。
G环离土星很远，展布在离土星中心大约10～15个土星半径间的广阔地带。在土星的可见环周围有巨大的氢云，环本身是氢云的源。
土星有一个显著的环系统，主要的成分是冰的微粒和较少数的岩石残骸以及尘土已经确认的土星的卫星有62颗，其中9个是1900年以前发现的。
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