Visti gli ottimi risultati ottenuti nel settembre 2001 gli venne offerto di prendere parte ad alcuni test con la Sauber, scuderia di Formula 1, sul circuito del Mugello. Il pilota brasiliano fece registrare ottimi tempi sul giro, tanto che la scuderia svizzera decise di ingaggiarlo per la stagione 2002, proponendogli un contratto annuale con un'opzione per i successivi due anni a favore della squadra elvetica. Pur se la velocità era evidente, Massa nella prima stagione mostrò inesperienza e il suo miglior risultato fu un 5º posto al Gran Premio di Spagna.