Før Mariner 4 gjennomførte den første forbiflyvningen i 1965, ble det spekulert i om det fantes flytende vann på overflaten. Jevnlige variasjoner i lyse og mørke flekker, spesielt ved de polare breddegrader, kunne tolkes som hav og kontinenter. Lange, mørke ble tolket som kanaler med flytende vann. Disse rette linjeformasjonene ble senere forklart som synsbedrag, men geologiske bevis samlet av ubemannede oppdrag antyder at Mars en gang hadde store områder dekket av vann på overflaten. I 2005 avslørte radardata store mengder is ved polene og mildere breddegrader. Mars-sonden Spirit samlet inn prøver av kjemiske forbindelser som inneholdt vannmolekyler i mars 2007. Landingsfartøyet Phoenix samlet inn prøver av is i grunt jordsmonn den 31. juli 2008. 28. september 2015 annonserte NASA at de hadde funnet bevis på rennende saltvann under overflaten på Mars.