土星大气以氢、氦为主，并含有甲烷和其他气体，大气中飘浮着由稠密的氨晶体组成的云。1973年4月美国发射的行星际探测器先驱者11号发现土星拥有一个由电离氢构成的广延电离层，其高层温度约为97摄氏度。观测结果表明，土星极区有极光。目前认为，土星形成时，起先是土物质和冰物质吸积，继之是气体积聚。因此，土星有一个直径20000公里的岩石核心。这个核占土星质量的百分之十到百分之二十，核外包围着5000公里厚的冰壳，再外面是8000公里厚的金属氢层，金属氢之外是一个广延的分子氢层。