Mars
tidak biasa untuk objek yang ditangkap dan dinamika penangkapan yang diperlukan untuk itu kompleks. Pertumbuhan pada awal sejarah Mars juga mungkin, namun hipotesis tersebut tidak menjelaskan komposisi yang lebih mirip dengan asteroid daripada Mars sendiri.
Kemungkinan ketiga adalah keterlibatan objek ketiga atau semacam tubrukan. Bukti terbaru menunjukkan Phobos mempunyai bagian dalam yang berpori. Selain itu, komposisinya terdiri dari filosilikat dan mineral lain yang diketahui berasal dari Mars. Bukti-bukti ini mendukung hipotesis bahwa Phobos terbentuk dari materi yang berasal dari tubrukan di Mars, yang mirip dengan hipotesis
mengenai asal usul Bulan. Meski spektra VNIR satelit-satelit Mars mirip dengan asteroid, spektra inframerah termal Phobos dilaporkan tidak konsisten dengan kondrit dari kelompok manapun.
Berdasarkan pemahaman kelayakhunian planet, planet-planet yang punya air di permukaan merupakan planet yang layak huni. Untuk mencapai hal tersebut, orbit suatu planet harus berada di dalam zona layak huni. Di Tata Surya, zona tersebut terbentang dari setelah Venus hingga poros semi-mayor Mars. Selama perihelion Mars masuk ke wilayah ini, namun atmosfer tipisnya mencegah air bertahan untuk waktu yang lama. Bekas aliran
air pada masa lalu menunjukkan potensi keterhunian Mars. Beberapa bukti terbaru memunculkan gagasan bahwa air di permukaan Mars akan terlalu berasam dan bergaram, sehingga sulit mendukung kehidupan.
Kurangnya magnetosfer dan tipisnya atmosfer Mars merupakan tantangan. Di permukaan planet ini tidak banyak terjadi pemindahan panas. Penyekatan terhadap angin surya rendah, sementara tekanan atmosfer Mars tidak cukup untuk mempertahankan air dalam bentuk cair. Planet ini juga hampir, atau bahkan sepenuhnya, mati secara geologis; berakhirnya kegiatan vulkanik menyebabkan berhentinya pendaurulangan bahan kimia dan mineral antara permukaan dengan bagian dalam planet.
Bukti menunjukkan bahwa planet ini dahulu lebih layak huni daripada sekarang, namun masih belum diketahui apakah organisme hidup pernah ada atau tidak. Wahana Viking pada pertengahan tahun 1970an membawa percobaan yang dirancang untuk menemukan mikroorganisme di tanah Mars. Percobaan tersebut membuahkan hasil yang positif, termasuk peningkatan sementara CO2 pada saat pemaparan dengan air dan nutrien.
Tanda-tanda kehidupan masih dipertentangkan oleh beberapa ilmuwan. Ilmuwan NASA Gilbert Levin menegaskan bahwa Viking telah menemukan kehidupan. Analisis ulang data Viking telah menunjukkan bahwa percobaan Viking tidak cukup mutakhir untuk menemukan kehidupan. Percobaan tersebut bahkan bisa membunuh kehidupan. Percobaan yang dilakukan oleh wahana Phoenix menunjukkan bahwa tanah Mars
punya pH yang sangat basa, serta mengandung magnesium, sodium, potasium, dan klorida. Nutrien tanah bisa mendukung kehidupan, namun kehidupan masih harus dilindungi dari sinar ultraviolet.
Di laboratorium Johnson Space Center, bentuk-bentuk yang luar biasa telah ditemukan di meteorit Mars ALH84001. Beberapa ilmuwan mengusulkan bahwa bentuk geometrik tersebut mungkin merupakan mikroba Mars yang telah terfosilisasi sebelum meteorit itu terlempar ke angkasa akibat tubrukan meteor 15 juta tahun yang lalu. Asal usul anorganik bentuk-bentuk tersebut juga telah diusulkan.
Metana dan formaldehida yang baru saja ditemukan oleh pengorbit Mars diklaim sebagai tanda-tanda kehidupan, karena senyawa kimia tersebut akan segera hilang di atmosfer Mars. Ada kemungkinan bahwa senyawa tersebut dihasilkan oleh aktivitas vulkanis dan geologis, seperti serpentinisasi.
Lusinan wahana antariksa telah dikirim ke Mars oleh Uni Soviet, Amerika Serikat, beberapa negara Eropa, dan Jepang, dengan tujuan untuk meneliti permukaan, iklim, dan geologi planet itu. Pada tahun 2008, biaya pengiriman barang dari permukaan Bumi ke Mars diperkirakan sebesar $309000 per kilogram.
Wahana yang saat ini sedang aktif di Mars (2011) adalah Mars Reconnaissance Orbiter (sejak 2006), Mars Express (sejak 2003), Mars Odyssey 2001 (sejak 2001), Opportunity (sejak 2004), dan Curiosity (sejak 2012). Misi yang baru saja selesai adalah Mars Global Surveyor (1997-2006) dan Spirit (2004-2010).
Kira-kira 2/3 wahana angkasa yang ditujukan ke Mars telah gagal dalam misinya. Pada abad ke-21 kegagalan lebih jarang terjadi. Kegagalan misi biasanya diakibatkan oleh masalah teknis, seperti kegagalan atau kehilangan komunikasi atau kesalahan rancangan, yang seringkali diakibatkan oleh kurangnya pendanaan atau ketidakcakapan pelaksana misi. Kegagalan tersebut
telah menyebabkan munculnya satir yang menyalahkan "Segitiga Bermuda" di antara Bumi-Mars, "Kutukan" Mars, atau "Setan Galaktik Raksasa" (Great Galactic Ghoul) yang memakan wahana antariksa Mars. Misi-misi yang baru saja gagal contohnya adalah Beagle 2 (2003), Mars Climate Orbiter (1999), dan Mars 96 (1996).
Mars pertama kali dikitari pada 14-15 Juli 1965 oleh wahana Mariner 4. Pada 14 November 1971, Mariner 9 menjadi pesawat angkasa pertama yang mengorbit planet lain. Objek pertama yang berhasil mendarat di permukaan Mars adalah dua wahana Soviet: Mars 2 pada 27 November dan Mars 3 pada 2 Desember 1971, namun keduanya kehilangan komunikasi setelah mendarat. Pada tahun 1975 NASA meluncurkan program Viking yang terdiri dari dua pengorbit, dan masing-masing
punya pendarat; kedua pendarat berhasil mencapai permukaan pada tahun 1976. Viking 1 tetap beroperasi selama enam tahun, sementara Viking 2 selama tiga tahun. Pendarat Viking mengirimkan citra Mars yang berwarna, dan pengorbit memetakan permukaan dengan sangat baik hingga gambarnya masih digunakan hingga sekarang.
Wahana Soviet Phobos 1 dan 2 dikirim ke Mars pada tahun 1988 untuk meneliti Mars dan kedua bulannya. Phobos 1 kehilangan komunikasi dalam perjalanan ke Mars. Phobos 2 berhasil mencitrakan Mars dan Phobos, namun mengalami kegagalan saat akan melepas dua pendaratnya ke permukaan Phobos.
Setelah kegagalan pengorbit Mars Observer pada tahun 1992, misi Mars Global Surveyor berhasil mencapai orbit Mars pada tahun 1997. Misi ini berhasil dan telah menyelesaikan misi pemetaan utamanya pada awal 2001. NASA kehilangan kontak dengan wahana tersebut pada November 2006 pada saat program ketiganya yang diperpanjang. Mars Pathfinder, yang mengangkut kendaraan penjelajah robotik Sojourner, mendarat di Ares Vallis pada musim panas tahun 1997 dan mengirim kembali banyak citra.
Wahana pendarat Phoenix tiba di wilayah kutub utara Mars pada 25 Mei 2008. Lengan robotiknya digunakan untuk menggali tanah Mars dan keberadaan es air telah dipastikan pada 20 Juni. Misi ditutup pada 10 November 2008 setelah kehilangan kontak.
Pengorbit Mars Odyssey milik NASA memasuki orbit Mars pada tahun 2001. Spektrometer Sinar Gamma Odyssey menemukan hidrogen yang diduga terkandung di es air Mars.
Misi Mars Express yang diluncurkan European Space Agency (ESA) mencapai Mars pada tahun 2003. Wahana tersebut membawa pendarat Beagle 2, yang mengalami kegagalan saat penurunan dan dinyatakan hilang pada Februari 2004. Pada awal tahun 2004, tim Planetary Fourier Spectrometer mengumumkan bahwa pengorbit telah menemukan metana di atmosfer Mars. ESA mengumumkan penemuan aurora di Mars pada Juni 2006.
Pada Januari, 2004, dua wahana penjelajah NASA, yaitu Spirit (MER-A) dan Opportunity (MER-B), mendarat di permukaan Mars. Keduanya telah mencapai atau melebihi tujuan misi mereka. Salah satu penemuan ilmiah yang paling penting adalah bukti keberadaan air pada masa lalu di tempat mendarat kedua wahana tersebut. Badai debu dan angin telah membersihkan panel surya kedua wahana, sehingga lama hidup mereka bertambah.
Pesawat angkasa Mars Reconnaissance Orbiter milik NASA tiba di orbit Mars pada 10 Maret 2006 untuk melakukan penelitian ilmiah selama dua tahun. Pengorbit tersebut akan memetakan daratan dan cuaca Mars dengan tujuan untuk menemukan tempat pendaratan yang layak bagi misi pendarat berikutnya. MRO berhasil mencitrakan longsor di kutub utara Mars pada 3 Maret 2008.