2005 – 2019  Mars Reconnaissance Orbiter Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) odštartoval 12. augusta 2005, k Marsu sa dostal v marci 2006, ale vedecká časť misie začala až v novembri po navedení na nižšiu dráhu pomocou pomalého, menej náročného brzdenia s pomocou atmosféry (tzv. aerobraking). Hlavným cieľom misie je fotografovať planétu s vysokým rozlíšením (30) pre detailné plánovanie ďalších sond a hľadať dôkazy o prítomnosti vody na povrchu v minulosti. V období od januára 2009 do decembra 2010 bude sonda využívaná ako retranslačná družica na zaisťovanie spojenia s inými sondami a automatickými laboratóriami na povrchu Marsu. Obrázok:Phoenix Scoop.jpg|right|thumb|Záber panoramatickej stereoskopickej kamery sondy Phoenix s vysokým rozlíšením, na ktorom je časť solárneho panelu sondy a robotické rameno pri odbere vzoriek Phoenix 25. mája 2008 úspešne pristála na Marse nepohyblivá americká sonda Phoenix, ktorá bola na svoju cestu vyslaná 4. augusta 2007. Pristála v blízkosti severnej polárnej čiapočky. Sonda je vybavená robotickou rukou, ktorá je schopná odobrať vzorky až do vzdialenosti 2,5 metra a dostať sa až meter pod marťanský povrch. Medzi vybavenie sondy patrí mikroskopická kamera, ktorá je schopná vyhotoviť fotografie predmetov s veľkosťou jednej tisíciny hrúbky ľudského vlasu. Komunikáciu so Zemou jej zabezpečujú sondy na obežnej dráhe Marsu Mars Odyssey a Mars Reconnaissance Orbiter . Dĺžka misie je plánovaná na cca 34 mesiace, kým nenastane na severnej pologuli zima a nedostatok svetla pre solárne panely sondy. Vedci neočakávajú, že by Phoenix prežil zimné obdobie, kedy teploty klesajú k −100 °C. Do tej doby by však mohol zhromaždiť údaje, z ktorých by sa vedci mali dozvedieť viac o tom, či na Marse kedysi mohla existovať primitívna forma života. Vo vzorke odobratej 30. júla 2008 sa dokázala prítomnosť vody, čím bola jednoznačne dokázaná nielen prítomnosť vody na Marse, ale aj hypotéza o polárnom ľade, ktorý sa nachádza v polárnych oblastiach pod niekoľkocentimetrovou vrstvou prachu. Fobos-Grunt 8. novembra 2011 štartovala ambiciózna misia ruskej agentúry Roskosmos s názvom Fobos-Grunt. Pozostávala z pristávacieho modulu na odber vzoriek z marťanského mesiaca Fobos a čínskej sondy Yinghuo-1, ktorá mala byť umiestnená na obežnú dráhu Marsu. Pre zlyhanie motorov 4. raketového stupňa Fregat však sonda zostala obiehať po nízkej obežnej dráhe okolo Zeme a napriek medzinárodnému úsiliu sa s ňou nepodarilo obnoviť spojenie. Mars Science Laboratory Súbor:593484main pia14839 full Curiosity s Sky Crane Maneuver, Artist s Concept.jpg|náhľad|Umelecká vizualizácia spúšťania roveru Curiosity na povrch Marsu „nebeským žeriavom“. Tento dizajn bol opätovne použitý aj pri spúšťaní roveru Perseverance v roku 2021. Dovtedy najkomplexnejšou a najdrahšou misiou k planéte Mars bol Mars Science Laboratory s robotickým vozidlom Curiosity . Ide o viac ako vážiaci rover, ktorý obsahuje vyše vedeckého vybavenia. Inovatívnym a pomerne zložitým manévrom úspešne pristál v kráteri Gale 6. augusta 2012. Mars Orbiter Mission (Mangalján) 5. novembra 2013 štartovala z kozmického centra Satiša Dhawana sonda Mangalján Indickej kozmickej agentúry. 24. septembra 2014 bola úspešne navedená na obežnú dráhu okolo Marsu (len dva dni po prílete americkej orbitálnej sondy MAVEN). Šlo primárne o technologickú demonštráciu, sekundárnym cieľom bol prieskum dynamiky horných vrstiev atmosféry Marsu. MAVEN Mars-MAVEN-Orbiter 18. novembra 2013 štartovala orbitálna sonda misie MAVEN ( Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN Mission ) americkej NASA, zameraná na výskum atmosféry Marsu. Na orbitu vstúpila 22. septembra 2014. Medzi hlavné ciele patrí výskum procesov, ktorými Mars prišiel o niekdajšiu hustú atmosféru a vodu. Podobne ako Mars Reconnaissance Orbiter, aj MAVEN plní okrem vedeckých aktivít aj úlohu orbitálnej retranslačnej družice pre komunikáciu s povrchovými sondami a rovermi, vrátane komunikácie s roverom Perseverance v roku 2021. ExoMars Trace Gas Orbiter ExoMars je dvojdielna kozmická misia, ktorú realizuje Európska vesmírna agentúra (ESA) v spolupráci s ruskou agentúrou Roskosmos. Hlavnými prvkami programu sú misia ExoMars 2016 a misia ExoMars 2020. ExoMars 2016 bola tvorená orbitálnou sondou Trace Gas Orbiter (TGO) a demonštračným pristávacím modulom Schiaparelli, ktorý však havaroval pri pokuse o pristátie. TGO bol 19. októbra 2016 úspešne umiestnený na orbitu a po 11 mesiacoch aerobrakingu a následných motorických úpravách dráhy začal 21. apríla 2018 vedecké aktivity, zamerané na lepšie porozumenie metánu a ďalším stopovým plynom prítomným v atmosfére Marsu, ktoré by mohli byť dôkazom možnej biologickej aktivity. InSight a MarCO MarCO, jedna z dvoch identických retranslačných družíc pre sondu InSight InSight je americká povrchová sonda určená na seizmický výskum vnútornej stavby Marsu. Pristála 26. novembra 2018. Sprevádzaná bola dvoma orbitálnymi cubesatmi, MarCO-A a MarCO-B, ktoré fungovali ako retranslačné družice pre komunikáciu InSight so Zemou pri vstupe, zostupe a pristátí. Šlo o prvé cubesaty určené na prevádzku mimo obežnej dráhy Zeme a misia slúžila ako technologická demonštrácia a test odolnosti cubesatov pri takomto použití.