Fra Mars-bane skal Mars Express undersøke overflaten og atmosfæren på Mars. Romsonden skal lete etter: tegn etter vann, ned til noen km under overflaten kartlegge overflaten på Mars mer nøyaktige enn noen gang tidligere (i farger og stereo) bestemme den detaljerte sammensetningen av overflaten bestemme tettheten og sammensetningen av atmosfæren studere hvilken påvirkning solvinden har på planeten.