Dự kiến vụ phóng sẽ được thực hiện vào khoảng từ ngày 5 - 25/7/2028, sử dụng tên lửa Falcon Heavy - một trong những tên lửa mạnh nhất của SpaceX, từ Bệ phóng 39A tại Trung tâm Vũ trụ Kennedy của NASA ở Florida (Mỹ).
Không giống các nhiệm vụ không gian thông thường, Dragonfly là một dự án khoa học độc đáo, áp dụng phương pháp khám phá hoàn toàn mới mẻ. Thay vì sử dụng những tàu vũ trụ truyền thống, NASA sẽ điều một chiếc tàu đổ bộ kiểu rotorcraft - một cỗ máy cánh quạt linh hoạt có thể di chuyển giữa các địa điểm khác nhau trên Titan để lấy mẫu vật và nghiên cứu thành phần bề mặt trong các môi trường địa chất khác nhau tại đây. Với khả năng bay lượn và hạ cánh dễ dàng, Dragonfly có thể tiếp cận những khu vực mà các phương tiện trước đó không thể tới được, mở ra hy vọng thành tựu khám phá mới.
Mục tiêu lớn nhất của sứ mệnh Dragonfly chính là tìm hiểu khả năng sinh sống trên Titan - một hành tinh có bề mặt bao phủ bởi lớp khí quyển dày đặc và các hồ, biển chứa đầy hydrocarbon, những chất hữu cơ giàu carbon. Tại đây, các nhà khoa học sẽ nghiên cứu quá trình hóa học tiền sinh học, khi các hợp chất carbon và nước lỏng có thể đã trộn lẫn lâu dài, tạo ra điều kiện thích hợp cho sự sống. Dragonfly sẽ tìm kiếm những dấu vết hóa học để trả lời câu hỏi liệu Titan có phải là nơi đã từng tồn tại sự sống hay không.
