בשנת 1962 מספר חברות ביצעו מחקרים על פרטי משימה למאדים, וזאת כחלק מתוכנית של נאס"א. מחקרים אלו הראו שניתן לבצע משימה מאוישת למאדים (ואף טיסה לוויינית, ללא נחיתה, לכוכב הלכת נוגה) באמצעות שמונה משגרי סטורן 5 או באמצעות המשגר ההיפותטי שכונה "טרום־סטורן". אף על פי שהצעות אלו לא עברו לשלב התכנון המפורט, הן היו התוכניות הראשונות שהתבססו על חומרה וטכנולוגיה קיימת. תוכניות אלו היוו בסיס להצעות מאוחרות יותר.
בעקבות הצלחתה של תוכנית אפולו בהנחתת אדם על הירח, הציע פון בראון שמשימה מאוישת למאדים תהווה את היעד העיקרי הבא של תוכנית החלל האמריקאית. פון בראון הציע לשגר באמצעות משגר "סטורן 5" מנוע גרעיני שיטיס שתי חלליות בעלות צוות של שישה אסטרונאוטים למשימה מאוישת על פני מאדים. הצעתו של פון בראון נשקלה על ידי נשיא ארצות הברית דאז ריצ'רד ניקסון, אך נפסלה עקב העדפתה של תוכנית מעבורות החלל.
הצעות סובייטיות בשנות ה־50 ועד תחילת שנות ה־70.
ההצעה הראשונה של ברית המועצות למשימה מאוישת למאדים הוצעה על ידי מהנדס החלל מיכאיל טיכונראבוב שהסתמך על מחקרים שבוצעו משנת 1952 ועד שנת 1962. התוכנית המוצעת, שכונתה "קומפלקס מוטס למאדים" (Martian Piloted Complex), התבססה על שימוש במשגר N-1, אך בסופו של דבר פיתוח המשגר בוטל.
הצעה מאוחרת יותר הציעה פיתוח של "חללית כבדה לטיסה בין־פלנטרית" שנודעה בראשי התיבות הרוסיים TMK. חללית ה־TMK יועדה לבצע משימות מאוישות למאדים ולנוגה, שלא כללו נחיתה על כוכבי לכת אלו. חללית ה־TMK יועדה לשיגור לשנת 1971 וטיסתה תוכננה לשלוש שנים ובסופה הייתה אמורה החללית להתקרב למאדים ולשחרר גשושיות מחקר.
פרויקט TMK הוצע כתשובה לתוכנית אפולו של ארצות הברית, שבמסגרתה הצליחה ארצות הברית להנחית אסטרונאוטים על הירח, אולם הפרויקט לא יצא לפועל, עקב ביטול פיתוחו של טיל השיגור N-1.
תוכנית נוספת של ברית המועצות, שהוצעה בשנת 1969, כללה טיסה של חללית שמאוישת בשלושה עד שישה קוסמונאוטים למשימה למאדים, ותוכננה לארוך כ־630 ימים (כולל החזרה לכדור הארץ).
"בזכות מאדים".
בין השנים 1981 ו־1996 כונסו מספר ועידות שכונו בשם "בזכות מאדים" (תרגום חופשי מאנגלית: The Case for Mars). ועידות אלו תמכו במשימות מאוישות למאדים ופיתחו קונספטים וטכנולוגיות למשימות מאוישות למאדים. בוועידות הללו הועלו הצעות רבות למשימות מאוישות למאדים, אך הבסיס המשותף לכולן היה שימוש במשאבים שעל מאדים על מנת ליצור דלק שישמש את האסטרונאוטים במסע חזרה לכדור הארץ. בין ההצעות שהועלו בסדרת וועידות אלו הייתה הצעתם של רוברט זוברין ודייוויד בייקר, הצעה שנקראת "מארס דיירקט" (Mars Direct, בתרגום חופשי- "ישירות למאדים") והצעתו של מדען נאס"א ג'אופרי א. לאנדיס שנקראה "צעדים למאדים" (Footsteps to Mars). על פי הצעה זו יש לבצע שלבי ביניים לפני משימה מאוישת למאדים ובהם משימה מאוישת לירחו של מאדים פובוס.
יוזמת חקר החלל של נאס"א.
בשנת 1989 החלה נאס"א, בעקבות יוזמה נשיאותית, לתכנן תוכנית למשימות מאוישות לירח ולמאדים כהמשך לתוכנית תחנת החלל הבינלאומית שהחלה באותה תקופה. נאס"א הציעה תוכנית לטווח ארוך, שנקראה "מחקר 90 הימים", ושכללה את בנייתה של תחנת החלל הבינלאומית "כשלב חשוב בכל מאמצינו בחלל", חזרה מאוישת לירח והקמת בסיס קבע על הירח, ולאחר מכן, ביצוע משימות מאוישת למאדים. אך התוכנית בוטלה בעקבות ביקורת רבה על כך שהייתה יקרה ושאפתנית מדי.
"מארס דיירקט".
בשנת 1990 הוצעה על ידי רוברט זוברין ודייוויד בייקר הצעה למשימה מאוישת למאדים. על פי ההצעה, שנקראה "מארס דיירקט" (Mars Direct, בתרגום חופשי - "ישירות למאדים"), ושהתבססה על הצעות שהועלו בסדרת הוועידות "בזכות מאדים", ישוגר בתחילה למאדים "רכב חזרה לכדור הארץ" (Earth Return Vehicle, או בקיצור ERV). ה־ERV, שלא יהיה מאויש, ישוגר באמצעות משגר חלליות שגודלו לא יעלה על גודלו של סטורן 5 ששיגר את חלליות אפולו לירח. לאחר ההגעה למאדים, תגובה כימית פשוטה ומוכחת שנקראת תגובת סבטייה, בין מימן (8 טונות שיסופקו מה־ERV) ובין פחמן דו־חמצני שיילקח מהאטמוספירה של מאדים, תאפשר יצירה של עד כ־112 טון של דלק העשוי מחמצן וממתאן. התהליך של יצירת הדלק יארך כעשרה חודשים. כ־96 טונות דלק נדרשים ל־ERV בחזרה לכדור־הארץ, ושאר הדלק ישמש את האסטרונאוטים בזמן שהייתם על פני מאדים.
כ־26 חודשים לאחר שיגור ה־ERV תשוגר למאדים חללית נוספת שנקראת "יחידת בית המאדים" (Mars Habitat Unit או בקיצור - MHU). החללית המאוישת תכיל צוות של ארבעה אסטרונאוטים. בזמן זה, ה־ERV כבר ישגר אותות שיאשרו כי ייצור הדלק נעשה בהצלחה. ה־MHU יגיע למאדים לאחר טיסה של כשישה חודשים. בזמן הטיסה תיווצר כבידה מלאכותית באמצעות סיבוב ה־HMU סביב צירו. עם ההגעה למאדים, יתנתק ה־MHU ממשגרו וינחת קרוב ל־ERV. לאחר ההגעה למאדים, האסטרונאוטים ישהו עליו לתקופה של כ־18 חודשים ויבצעו מגוון של מחקרים מדעיים. האסטרונאוטים ייעזרו ברכב שטח שיגיע יחד עמם באמצעות ה־HMU. הם יחזרו לכדור־הארץ באמצעות ה־ERV שישתמש בדלק בשביל להתנתק מכוח המשיכה של מאדים ובשביל הטיסה הממושכת חזרה. המחיר ההתחלתי המוערך של התוכנית הוא 55 מיליארד דולר.
תוכנית DRM 3.0.
מאמצע עד סוף שנות ה־90 חקרה נאס"א מספר הצעות לארכיטקטורה למשימות מאוישות למאדים, שהידועה שבהן היא "Design Reference Mission 3.0" (או בקיצור DRM 3.0). ההצעה הועלתה על ידי "צוות חקר המאדים של נאס"א" במרכז החלל ג'ונסון. הצעת DRM 3 הסתמכה על התכנון של ההצעות קודמות, ביניהם הצעתו של רוברט זוברין, "מארס דיירקט", הכוללת שימוש במשאבים שבאטמוספירה של מאדים לייצור דלק למסע החזרה לארץ. המטרה העיקרית של DRM 3 הייתה לתמרץ ולעודד העלאה של רעיונות נוספים ופיתוח של גישות אלטרנטיביות למשימות מאוישות למאדים, שיוכלו לשפר אותן, לייעל אותן, להפחית בעלותן ולהפוך אותן לבטוחות יותר.
הצעות מהמאה ה־21.
ארצות הברית.
ב־4 בינואר 2004 הציג נשיא ארצות הברית דאז ג'ורג' ווקר בוש את החזון לחקר החלל. חזון זה הוא הבסיס לתוכנית קונסטליישן, שלפיה נאס"א תבצע משימות מאוישות לירח עד שנת 2020, תקים עליו בסיס קבע ובהמשך תבצע משימות מאוישות למאדים. כחלק מתוכנית זו, אפיינה נאס"א משימה מאוישת למאדים, במסמך הקרוי "Design Reference Mission Architecture 5.0". בהצעה זו, שהיא איננה תוכנית של ממש והיא חסרה כל לוח זמנים או תוכניות מפורטות, יש שימוש במרכיבים שהייתה כוונה לפתח למען תוכנית קונסטליישן - החללית אוריון ומשגר החלליות והלוויינים ארס 5. אולם תוכנית קונסטליישן בוטלה על ידי ממשל הנשיא ברק אובמה בפברואר 2010, ועל כן התוכנית לא יצאה לפועל.
על פי מסמך זה, כ־26 חודשים לפני שיגור האסטרונאוטים למאדים, ארבעה משגרי ארס 5 ישגרו למסלול לווייני נמוך את כל המטען הלא־מאויש שצוות האסטרונאוטים לא ישתמש בו בזמן הטיסה למאדים. מטען זה כולל את "רכב ההתרוממות" (Ascent Vehicle) המבוסס על "רכב החזרה לכדור הארץ" מתוך תוכנית "מארס דיירקט" של רוברט זוברין. רכב זה ישתמש באטמוספירה של מאדים על מנת ליצור דלק שבאמצעותו ישגר רכב ההתרוממות בסוף המשימה את האסטרונאוטים למסלול לווייני סביב מאדים. בנוסף, המטען הלא־מאויש שישוגר בהתחלה יכלול גם את "משכן הקרקע" (Surface Habitat), שיעביר את צוות האסטרונאוטים לפני השטח של מאדים ויספק מיגון ודיור לאסטרונאוטים לתקופה של עד כ־550 ימים.
המטען עצמו ישוגר למאדים באמצעות שני רכבי חלל הנקראים "רכבי מטען" (Cargo Vehicle), אשר יונעו באמצעות שיטת ה־NTR (קיצור של Nuclear Thermal Rocket, בתרגום חופשי - "טיל גרעיני תרמי") שבה נוזל, בדרך כלל מימן, מחומם לטמפרטורות גבוהות בכור גרעיני ואז משוחרר דרך פי הצינור של הטיל ויוצר דחף. הטיסה למאדים תארך כ־350 ימים. לאחר ההגעה למאדים, ינחת "רכב ההתרוממות" על פני מאדים ויתחיל בייצור הדלק לשיגור ממנו, בעוד "משכן הקרקע" יחכה לצוות האסטרונאוטים במסלול לווייני סביב מאדים.
כ־26 חודשים לאחר שיגור המטען הלא־מאויש, ישוגר לחלל, באמצעות שלושה משגרי ארס 5, ה־MTV (קיצור ל־Mars Transit Vehicle - "רכב מעבר למאדים"), שיטיס צוות של כשישה אסטרונאוטים למאדים, גם הוא באמצעות שיטת ה־NTR. הטיסה המאוישת למאדים תארך "רק" כ־180 ימים וזאת על מנת להקטין את הסיכונים הבריאותיים שבחשיפה ממושכת לכבידה אפסית ולקרינה מייננת וקוסמית. עם ההגעה למאדים, ישתמשו האסטרונאוטים בחללית אוריון על מנת לעגון עם "משכן הקרקע" במסלול לווייני סביב מאדים, ובאמצעותו לחדור לאטמוספירה של מאדים ולנחות עליו. האסטרונאוטים ישהו על פני מאדים לתקופה של כ־500 ימים (מעט יותר מ־16.5 חודשים). לאחר סיום משימתם, יכנסו האסטרונאוטים ל"רכב ההתרוממות" שישגר אותם למסלול לווייני סביב מאדים, שם הם יתחברו עם ה־MTV שיטיס אותם בחזרה לכדור הארץ, בטיסה שתארך גם היא כ־180 ימים. עם ההגעה לכדור הארץ, ינחתו האסטרונאוטים על כדור הארץ באמצעות החללית אוריון.
לפי ההצעה ייערכו רק שלוש משימות מאוישות למאדים במתכונת המתוארת לעיל, זאת עקב העלות הגבוהה שלהם ואורכן הרב (שלוש משימות במתכונת זו יארכו כעשר שנים).
האיחוד האירופי.