Dalam tahun pertamanya di Formula Satu, Massa bergandingan dengan juara F3000, Nick Heidfeld. Massa menunjukkan bahawa beliau seorang pemandu yang kompetitif, tetapi melakukan beberapa kesilapan semasa musim pertamanya, termasuk terbabas di litar. Massa mendapat 4 mata kejuaraan dalam musim pertamanya, dengan keputusan terbaik tempat ke-5 di Grand Prix Sepanyol di Circuit de Catalunya. Massa mengalami pergantungan satu perlumbaan di akhir musim, memaksa dia untuk tidak berlumba di Grand Prix Amerika Syarikat. Heinz-Harald Frentzen, bekas pemandu Sauber menggantikan Massa dalam perlumbaan tersebut. Walaupun Massa kembali ke tempat duduk pemandu untuk Grand Prix Jepun, Sauber membuat kepastian bahawa Frentzen akan memandu bersama Heidfeld pada 2003, meninggalkan Massa tanpa pasukan. Massa menghabiskan setahun dengan pembekal enjin Sauber, Ferrari, untuk mendapat pengalaman dengan menjadi pemandu ujian mereka.