Mariner 9 skulle fortsette studien av atmosfæren som Mariner 6 og 7 hadde startet, romsonden skulle også kartlegge over 70 % av marsoverflaten fra en lavere høyde ( km og med større oppløsning (100–1000 meter per piksel) enn noen tidligere marssonde. Et infrarødt radiometer skulle søke etter varmekilder som bevis på vulkansk aktivitet. Den skulle også studere temperaturforandringer. De to marsmånene Phobos og Deimos skulle også undersøkes.