Fort de son expérience au sein de la meilleure équipe du moment et du soutien de Ferrari qui motorise Sauber, Massa réintègre l'écurie suisse en 2004 et fait équipe avec Giancarlo Fisichella. Il est victime d'un accident durant les tests de pré-saison et est emmené à l'hôpital sans que cet événement altère le cours de sa saison. Assagi, il montre pourtant ses limites en étant dominé par son coéquipier. Il marque son premier point de la saison en se classant huitième du Grand Prix de Malaisie et permet à son équipe d'ouvrir son score. Il ne rentre pas dans les points lors des trois courses suivantes mais termine cinquième du Grand Prix de Monaco, sur un circuit qu'il n'affectionne pas à cause de sa lenteur. Il permet également à son équipe de réaliser un petit tir groupé au Grand Prix de Belgique, en terminant quatrième devant son coéquipier. Il entre à deux autres reprises dans les points en finissant huitième en Chine et surtout au Bresil, devant son public, où il parviendra à réaliser ses deux premiers tours en tête en début de course. Il se classe douzième du championnat avec 12 points, à dix points de son coéquipier italien.