火星大氣以二氧化碳為主,既稀薄又寒冷,其表面特徵讓人聯想起月球上的撞擊坑,以及地球上的山谷、沙漠和極地冰蓋。英語中,通常被稱為紅色星球。是因為火星在視覺上呈現為橘紅色是因為地表廣泛普遍的分布著氧化鐵的造成的,它使火星呈現出一種紅色的外觀,在肉眼可見的天體中獨具一格。火星地表沙丘、礫石遍布且沒有穩定的液態水,火星南半球是古老、充滿隕石坑的高地,北半球則是較年輕的平原。
火星已被無人飛船探索。1964年11月28日,由NASA發射的水手4號是第一個訪問火星的太空飛行器,於1965年7月15日最接近該行星。蘇聯火星3號飛船於1971年12月實現了軟著陸,但著陸後秒數內失去了聯繫。歐洲空間局第一批訪問火星的火星快車號於2003年12月25日到達軌道。2014年9月24日,印度空間研究組織成為第四個訪問火星的太空機構,當時它的星際飛行任務火星軌道探測器抵達軌道。
火星有兩個天然衛星:火衛一和火衛二,形狀不規則,可能是捕獲的小行星。火星目前有四艘在軌運行的探測器,分別是火星奧德賽號、火星快車號和火星偵察軌道器以及2014年9月22日抵達的MAVEN軌道器,地表還有許多火星車和著陸器,包括兩臺火星車:機遇號和好奇號,固定式登陸探測器洞察號,和已經結束任務的旅居者號、勇氣號和鳳凰號等等。根據觀測的證據,火星以前可能覆蓋大面積的水。亦觀察到最近十年內類似地下水湧出的現象。火星全球勘測者則觀察到南極冠有部分退縮。火星快車號和火星偵察軌道器的雷達資料顯示兩極和中緯度地表下存在大量的水冰。2008年7月31日,鳳凰號直接於表土之下證實水冰的存在。2013年9月26日,火星探測器好奇號發現火星土壤含有豐富水分,大約為1.5至3重量百分比,顯示火星有足夠的水資源供給未來移民使用。2015年9月證實火星有間歇流動的液態水,2018年7月25日,義大利航天局宣布,在火星冰蓋之下發現一個直徑20公裡的冰下湖。這是太空科學家在火星上探測到的首個大型液態水體。
2000年,美國科學家在南極洲發現了一塊火星隕石。這是一塊碳酸鹽隕石,後被編號為ALH84001。美國國家航空航天局聲稱在這塊隕石上發現了一些類似微體化石的結構,有人認為這可能是火星生命存在的證據,但也有人認為這只是自然生成的礦物晶體。直到2004年,爭論的雙方仍然沒有任何一方佔據上風。
有證據顯示火星曾比現在更適合生命存在,但生命在火星上到底是否真正存在過還沒有確切的結論。某些研究者認為源自火星的ALH84001隕石有過去生命活動的證據,但這個看法至今尚未得到公認。另有反對的觀點認為,自幾十億年前產生以來,該隕石從未長期處於液態水存在的溫度下,因而不會曾有生命活動。
海盜號曾做實驗檢測火星土壤中可能存在的微生物。實驗只分析了海盜號著陸點處的土壤並給出了陽性的結果,但隨後即被許多科學家所否定,而這一結果也仍就處在爭議之中。現存生物活動也是火星大氣中存在微量甲烷的解釋之一,但亦有其它與生命無關的解釋。
人類若對外星殖民,由於火星的適宜條件(同其他行星相比,火星最像地球,而且距離相對較近),它將是人類的首選地點。
2018年6月6日,美國太空總署宣布,好奇號探測車在火星的古老湖床的巖石裡,發現有機物質。這可能對尋找生命給出重要線索。(關注我,更多資訊速遞)