Титан окутан атмосферой, более плотной, чем земная, хотя его поверхность намного холоднее точки замерзания воды. Это кажущееся противоречие вытекает не из каких‑то исключительных аномалий, а из базовых законов физики и химии, работающих в условиях внешних областей планетной системы.
Сила тяжести на Титане меньше земной, но всё же достаточно велика, чтобы удерживать тяжёлые молекулы, прежде всего азот. Низкая температура дополнительно замедляет движение частиц и снижает скорость их ухода в космос. В итоге формируется плотное газовое «одеяло» с давлением у поверхности, превышающим земное. В этих слоях воздуха метан и этан конденсируются в облака, выпадают дождём и образуют устойчивые жидкие моря, потому что окружающая температура близка к области тройной точки для этих углеводородов, хотя она и намного ниже точки замерзания воды.
Высоко в атмосфере Титана ультрафиолетовое излучение Солнца и заряженные частицы, приходящие от Сатурна, запускают фотохимические реакции: молекулы метана расщепляются и из них строятся сложные органические соединения, включая толины, которые постепенно оседают на поверхность. Слабый парниковый эффект, создаваемый метаном и аэрозольной дымкой, частично компенсирует потери тепла, а толстый слой газа эффективно переносит энергию и сглаживает перепады температуры между днём и ночью. Для астрохимии жизни Титан интересен тем, что сочетает в себе жидкие растворители, богатую органическую химию и длительный приток энергии — набор условий, который делает его одним из ключевых объектов в поисках внеземной жизни.
