Az első, Marsot meglátogató űrszonda a Mariner-4 volt 1965-ben.

Forgástengelyének ferdesége (amely 24°, azaz a Földével csaknem azonos) miatt a Marson is vannak évszakos változások.  Minthogy azonban a marsi évek nagyjából kétszer olyan hosszúak mint a földiek, az ottani évszakok is kétszer annyi ideig tartanak mint a Földön. A Mars keringési pályája a Földénél jóval elliptikusabb. Az évszakok váltakozásának tudható be, hogy amikor a Mars déli féltekéjén tél van a déli jégsapka a bolygó déli félgömbjének akár a felét is beboríthatja, míg például ugyanott nyáron a jégsapka gyakran el is tűnik. Az északi féltekén hasonló változásokat lehet megfigyelni azzal az eltéréssel, hogy ott soha nem tűnik el nyáron a jégsapka; télen pedig lehúzódik az északi félgömb feléig.

A valóságban a bolygó felszíne kráterekkel sűrűn borított. A 300 méternél nagyobb, nemegyszer néhány száz kilométer átmérőjű kráterek valószínűleg a bolygó testébe csapódó kisbolygók nyomán alakultak ki, ami azért sem meglepő, mert e parányi égitestek övezete a Mars pályája közelében húzódik. A Mars déli féltekéje számos nagy méretű, kör alakú medencét foglal magába, melyek közül a 2000 km átmérőjű Hellasz a legnagyobb. A Mars legnagyobb vulkánja az Olympus Mons egy hatalmas, szelíd lejtésű vulkáni pajzs, csúcsán 80 km átmérőjű kalderával. Magassága 25 kilométer, míg az átmérője az alapjánál mintegy 600 km. Valles Marines: az egyenlítőtől 4000 km-re délre húzódó kanyonrendszer, amelynek maximális szélessége eléri a többszáz kilométert, mélysége pedig a 6 kilométert. Különösen érdekes a sarki hósapkák peremvidéke, ahol több száz krátert részben vagy teljesen fagyott, fehér anyag tölt ki. Ezt a fehér anyagot valaha fagyott víznek, zúzmarának tartották, de ma inkább szárazjégnek vagy legalábbis jég és szárazjég keverékének vélik. A Mars felszínén jelenleg nem található cseppfolyós víz, de számos bizonyíték arra utal, hogy a múltban volt valamennyi víz a bolygón. Találhatók ugyanis kiszáradt folyómedrekhez hasonló domborzati képződmények és olyan csepp alakú törmelék-lerakódások, amelyeket általában üledéket hordozó erős sodrású folyóvizek raknak le az akadályt képező tereptárgyak körül. Elképzelhető, hogy régen, még az aktív vulkánok idejében voltak hirtelen és rövid ideig tartó áradások. A vulkánok árasztotta vízgőz nagyobb esőzéseket eredményezhetett, s ezekből táplálkozhattak a felszíni vízfolyások. Az úgynevezett Marsarc a felszíni alakzatok fény-árnyék hatásának eredménye.

A rendkívül ritka légkör csak 10 K-nel emeli magasabbra a hőmérsékletet, mint amilyen légkör hiányában lenne (ez az érték a Földnél 35 K). Az átlagos hőmérséklet 230 K (63°C) körül van, a szélső értékeket pedig a téli pólus 135 K-es és az egyenlítő 300 K-es hőmérséklete képviseli. A nappali és az éjszakai hőmérséklet között az eltérés a 60 K-t is elérheti.

A Marsnak főként széndioxidból (96%) álló ritka légköre van, a fennmaradó rész többsége nitrogén és argon. A légkör nyomása nem éri el a földi légkör nyomásának a századrészét sem. A Marson állva az égbolt nem kék színűnek látszik, mint a nálunk tiszta időben, hanem inkább halvány narancsvörösnek vagy rózsaszínűnek. A jelenséget azzal magyarázhatjuk, hogy az időnként feltámadó heves porviharok során tömérdek mennyiségű felszíni por kerül a bolygó gázburkába, s csak hónapok múltán ülepedik le. A legkisebb méretű részecskék azonban még akkor is a légkörben lebegve maradnak, és vörösre festik annak színét. A heves szeleket, amelyek a 300 km/h sebességre is képesek az egyenlítő és a sarkok közötti nagy hőmérséklet-különbség idézi elő.

A Mars mágneses tere rendkívül gyönge

A Marsnak két kicsiny, a felszínhez közel keringő holdja van. Phobosznak (félelem) és Deimosznak (rettegés)