这个六边形结构像大气层中可见的其他云彩一样，在经度上没有移动。这个现象的规律性的起源仍在猜测之中，多数的天文学家认为是在大气层中某种形式的驻波，但是六边形也许是一种新型态的极光。在实验室的流体转动桶内已经模拟出了多边型结构。
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，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。磁层产生的原因很有可能与木星相似——由金属氢层中的电流引起。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。哈勃望远镜拍摄的这张图像显示土星每个极地同时出现闪亮的极光。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。这暗示着土星的磁场分布并不均匀，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。
土星云层的组成随深度和压力的增加而变化。云层上层由氨冰组成，温度在100-160K之间，压力在0.5-2巴之间。云层中层为水冰云，从压力约为2.5巴开始，向下延伸至9.5巴，温度在185至270K之间。在这一层中还包含着一条硫化氢铵冰带，位于压力范围3-6巴，温度为190-235K。云层下层压力为10至20巴，温度为270至330K，包含了一个氨水溶液液滴的区域。
1610年，意大利天文学家伽利略·伽利雷观测到在土星的球状本体旁有奇怪的附属物。1659年，荷兰学者克里斯蒂安·惠更斯证实这是离开本体的光环。当时观测到土星环有5个。1675年意大利天文学家乔凡尼·多美尼科·卡西尼，发现土星光环中间有一条暗缝，他还猜测光环是由无数小颗粒构成。两个多世纪后的分光观测证实了他的猜测，但在这二百年间，土星环通常被看作是一个或几个扁平的固体物质盘。直到1856年，英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦从理论上论证了土星环是无数个小卫星在土星赤道面上绕土星旋转的物质系统。
土星环位于土星的赤道面上。在空间探测前，从地面观测得知土星环有五个，其中包括三个主环A环、b环、c环和两个暗环d环、E环。b环宽又亮，它的内侧是c环，外侧是A环。