Facilmente riconoscibile per il suo colore rossastro, Marte dista dal Sole circa 228 milioni di km, 79 milioni di km in più rispetto alla Terra. L'orbita di Marte è notevolmente allungata, per cui la sua distanza dal nostro pianeta varia di parecchio, giungendo a un valore minimo di circa 56 milioni di km. Marte percorre la sua orbita in 687 giorni, a una velocità di 25 km/s; ha una densità di 3,96, un diametro di 6900 km e una massa pari a circa 1/10 di quella terrestre.

Il pianeta è molto simile alla Terra, nonostante sia di dimensioni minori: il suo periodo di rotazione infatti dura 24 h, 37 m, 22 s; l'inclinazione del suo asse è pari a 25° contro i poco più che 23° della Terra; infine le stagioni si avvicendano in esso in modo analogo a quello delle stagioni terrestri. Una delle differenze più rilevanti tra i due pianeti riguarda la temperatura, che alla superficie di Marte è di 50 °C. Anche se all'equatore, a mezzogiorno, può salire al di sopra dello zero e arrivare a 10 °C, all'alba e al tramonto scende molto al di sotto dello zero e a mezzanotte può superare i limiti di resistenza umana.

Inoltre la sua atmosfera è molto tenue e non è protetta da quello strato di ozono che sulla Terra impedisce ai raggi ultravioletti del Sole, molto pericolosi per la vita, di giungere al suolo. In essa prevale l'anidride carbonica (circa il 95%), mentre vi è una percentuale molto bassa di ossigeno (0,1%). Recenti misurazioni al suolo effettuate dalle sonde Viking 1 e Viking 2 il 20 luglio e il 3 settembre 1976, hanno rilevato anche la presenza di azoto (3%) e argo (1,5%), piccole quantità di vapore acqueo, tracce di neon, ossido di carbonio, cripto e xeno. Il cielo di Marte si presenta di colore rosa e diventa bluastro al sorgere del Sole. Ciò è dovuto all'azione dei venti, che non superano mediamente la velocità di 30 km/h, ma alcune raffiche possono raggiungere i 60 km/h, sollevando turbini di polvere gialla e modellando il suolo. Talvolta i venti sono in grado di provocare delle mutazioni nell'aspetto superficiale di Marte talmente radicali da rendersi visibili persino dalla Terra. Queste strane variazioni, insieme alla scoperta da parte dell'astronomo italiano G.V. Schiaparelli di linee scure rettilinee, chiamate "canali", che apparivano opera di esseri intelligenti, hanno contribuito a creare il mito dei "marziani", misteriosi abitanti del pianeta rosso.

Il suolo di Marte abbonda di montagne, picchi, crateri, dovuti questi ultimi all'impatto in epoche passate di innumerevoli meteoriti. Il suo colore rossastro dipende probabilmente dalla presenza di magnetite. Vi sono poi profondi canyon che sembrano scavati dall'azione delle acque: uno di questi, gigantesco, denominato Valles Marineris, è stato scoperto dalle esplorazioni delle sonde spaziali. Le sue dimensioni sono enormi: è risultato 10 volte più lungo e 3 volte più profondo (circa 7000 m) rispetto al Gran Canyon americano. Imponente è poi il vulcano, individuato da Mariner 9, chiamato Olympus Mons, che sembra essere il più grande vulcano noto di tutto il Sistema Solare (è alto 26 km e ha un diametro di 80 km al cratere). La fisionomia di Marte suggerisce che in passato il pianeta possedesse un'atmosfera più densa e vaste quantità d'acqua.

In passato eminenti scienziati si dissero certi dell'esistenza su Marte di una vita vegetale e forse animale. Più tardi le sonde spaziali che hanno sorvolato il pianeta ci hanno dato della sua geografia superficiale un'idea completamente diversa. A partire dal 1965 numerose sonde statunitensi e sovietiche furono lanciate nello spazio per l'esplorazione del cosiddetto "pianeta rosso". Alcuni dati vennero trasmessi dalle due sonde Mars 2 e 3, lanciate nel maggio del 1971 dall'Unione Sovietica, e oltre 7000 immagini vennero trasmesse dalla sonda statunitense Mariner 9, che orbitò attorno a Marte dal novembre del 1971 all'ottobre del 1972. 

L'esplorazione del pianeta giunse al culmine nell'agosto e settembre del 1975, quando le sonde Viking 1 e 2 iniziarono i rispettivi viaggi. Ciascuna di esse era formata da un modulo (Orbiter) destinato a rimanere in orbita intorno a Marte e da una sezione (Lander) destinata a posarsi sul suolo marziano ed equipaggiata con laboratori chimici, telecamere a colori, strumenti meteorologici e sismologici e un braccio meccanico retrattile, lungo tre metri, che poteva essere manovrato da Terra. Nell'agosto 1973 vari problemi tecnici provocarono il fallimento dei voli delle sonde Mars 4, 5, 6 e 7. Nel 1988, l'Unione Sovietica inviò altre due sonde, Phobos 1 e 2, progettate per raggiungere Phobos, uno dei satelliti di Marte, tuttavia la prima andò dispersa a causa di un errore umano, mentre con la seconda si interruppe il contatto radio. Dopo altre missioni fallite (la sonda statunitense Mars Observer del 1993, dispersa pochi giorni prima di immettersi in orbita attorno a Marte, e la sonda sovietica Mars 96, con la quale si sono persi i contatti poche ore dopo il lancio), nel dicembre 1996 sono state lanciate due nuove sonde: la Mars Global Surveyor, destinata a effettuare una mappatura completa di Marte, e la Pathfinder, che all'inizio di luglio del 1997 ha depositato sulla superficie del pianeta un veicolo capace di compiere escursioni intorno al luogo dello sbarco.