火星上曾有過洪水，地面上也有一些小河道（右圖），十分清楚地證明了許多地方曾受到侵蝕。在過去，火星表面存在過乾淨的水，甚至可能有過大湖和海洋。但是這些東西看來只存在很短的時間，而且據估計距今也有大約四十億年了。（Valles Marneris不是由流水通過而形成的。它是由於外殼的伸展和撞擊，伴隨著Tharsis凸起而生成的）。
在火星的早期，它與地球十分相似。像地球一樣，火星上幾乎所有的二氧化碳都被轉化為含碳的巖石。但由於缺少地球的板塊運動，火星無法使二氧化碳再次循環到它的大氣中，從而無法產生意義重大的溫室效應。因此，即使把它拉到與地球距太陽同等距離的位置，火星表面的溫度仍比地球上的冷得多。
火星的那層薄薄的大氣主要是由余留下的二氧化碳（95.3％）加上氮氣（2.7％）、氬氣（1.6％）和微量的氧氣（0.15％）和水汽（0.03％）組成的。火星表面的平均大氣壓強僅為大約7毫巴（比地球上的1％還小），但它隨著高度的變化而變化，在盆地的最深處可高達9毫巴，而在Olympus Mons的頂端卻只有1毫巴。但是它也足以支持偶爾整月席捲整顆行星的颶風和大風暴。火星那層薄薄的大氣層雖然也能製造溫室效應，但那些僅能提高其表面5K的溫度，比我們所知道的金星和地球的少得多。
火星的兩極永久地被固態二氧化碳（乾冰）覆蓋著。這個冰罩的結構是層疊式的，它是由冰層與變化著的二氧化碳層輪流疊加而成。在北部的夏天，二氧化碳完全升華，留下剩餘的冰水層。由於南部的二氧化碳從沒有完全消失過，所以我們無法知道在南部的冰層下是否也存在著冰水層（左圖）。這種現象的原因還不知道，但或許是由於火星赤道面與其運行軌道之間的夾角的長期變化引起氣候的變化造成的。或許在火星表面下較深處也有水存在。這種因季節變化而產生的兩極覆蓋層的變化使火星的氣壓改變了25％左右（由海盜號測量出）。
但是最近通過哈博望遠鏡的觀察卻表明海盜號當時勘測時的環境並非是典型的情況。火星的大氣現在似乎比海盜號勘測出的更冷、更幹了（詳細情況請看來自STScI站點）。
海盜號嘗試過作實驗去決定火星上是否有生命，結果是否定的。但樂觀派們指出，只有兩個小樣本是合格的，並且又並非來自最好的地方。以後的火星探索者們將繼續更多的實驗。
火星任務
1976年，美國的海盜1號和海盜2號登陸器分別在火星上降落，並在降落的過程中，測量了大氣溫度的分布情況、火星大氣壓的情況。火星上有乾涸的河床，有流水衝擊的特徵，這表明在過去有過大量的水。海盜號飛船的分析結果表明火星大氣和表層物質中沒有有機分子存在。攝像機監視結果也表明火星上沒有生命活動的跡象。因此我們也許可以下結論說，火星表面現在可能沒有生命，如果更嚴格的說，是沒有與地球上類似的生命。人們不僅對火星感興趣，也對火星的兩個衛星感興趣。在1988年，7月7日和7月12日，前蘇聯發射了火衛飛船1號和2號繞火衛一飛行並著陸。
到最近幾年，隨著科技的飛速發展，人們可望在下世紀初直接登上火星進行實地考察，徹底弄清火星生命問題。因為它是太陽系中最有可能存在生命的星球。在人類踏上火星之前，將進行一系列的準備。
1993年美國「火星觀察者」探測器在進入環繞火星的軌道之後，與地球失去聯繫，導致計劃失敗。1996年12月，美國又發射了「火星探路者」探測器，經過7個月的星際飛行，在火星的阿瑞斯平原著陸。火星探路者攜帶了一個六輪小車，可以在火星的表面漫遊，因而叫做火星漫遊者，價值2500萬美元。它分析了火星巖石和土壤。照片證實了海盜號的結論，火星上曾發生過大洪水。
1996年11月美國發射了「火星全球勘測者」，在繞火星的軌道上研究火星表面、大氣和磁場的情況。它還向地球發射無線電波，經過火星大氣後到達地球，由此了解火星大氣的溫度、引力和化學組成。 1999年1月3日，「火星極地著陸者」發射成功。然而，在飛行了11個月並登陸到火星上以後，就與地面失去了聯繫，宣告了這次航天活動的失敗。此後發射的火星氣候觀測器也遭失敗。2001年，美國又發射了「火星奧德賽」探測器，現已成功抵達火星並成功進入環火星軌道。
歐洲空間局計劃於2003年發射「火星快車」探測器考察火星，這標誌著歐洲空間局在行星探測方面跨入了新紀元。它將由軌道器和著陸器組成。軌道器上有一個著陸器通信包用於支持國際上在2003年至2007年間開展的火星探測活動。
紅色戰神——火星
火星是九大行星之一，按照距離太陽由近及遠的次序為第四顆。肉眼看去，火星是一顆引人注目的火紅色星，它緩慢地穿行於眾星之間，在地球上看，它時而順行時而逆行，而且亮度也常有變化，最暗時視星等為+1.5，最亮時比天狼星還亮得多，達到-2.9。由於火星熒熒如火，亮度經常變化，位置也不固定，所以中國古代稱火星為「熒惑」。而在古羅馬神話中，則把火星比喻為身披盔甲渾身是血的戰神「瑪爾斯」。在希臘神話中，火星同樣被看做是戰神「阿瑞斯」。
火星表面的土壤中含有大量氧化鐵，由於長期受紫外線的照射，鐵就生成了一層紅色和黃色的氧化物。誇張一點說，火星就像一個生滿了鏽的世界。由於火星距離太陽比較遠，所接收到的太陽輻射能只有地球的43％，因而地面平均溫度大約比地球低30多攝氏度，晝夜溫差可達上百攝氏度。在火星赤道附近，最高溫度可達20℃左右。火星上也存在大氣。其主要成份是二氧化碳，約佔95％，還有極少量的一氧化碳和水汽。
火星比地球小，赤道半徑為3395公裡，是地球的一半， 體積不到地球的1/6，質量僅是地球的1/10。 火星的內部和地球一樣，也有核、幔、殼的結構。
火星的自轉和地球十分相似，自轉一周的時間為24小時37分22.6秒。火星上的一晝夜比地球上的一晝夜稍長一點。火星公轉一周約為687天，火星的一年約等於地球的兩年。
火星有兩個衛星。靠近火星的一個叫火衛一，較遠的一個叫火衛二。由於火星在希臘神話中被看做是戰神阿瑞斯，所以天文學家以阿瑞斯的兩個兒子——福波斯和德瑞斯命名它的兩顆衛星。