Die Erforschung des Mars verläuft hauptsächlich in zwei Richtungen: Zum einen untersuchen Wissenschaftler den roten Planeten mit Raumsonden im Marsorbit sowie auf der Marsoberfläche und zum anderen im Labor auf der Erde, indem man marsianische Bedingungen analysiert oder nachstellt (Astrobiologie, chemisch). Inzwischen fand man auf der Erde 126 Meteorite, von denen man ziemlich sicher weiß, dass sie vom Mars stammen (Stand: August 2021).

Ebenso simuliert man bemannte Landungen, die medizinischen Belastungen der Besatzungsmitglieder in der Marsumgebung, Besiedlungsmöglichkeiten des Mars durch den Menschen und Terraforming. Hierbei spielt die Notwendigkeit, sauberes Wasser aus dem Eis des Marsbodens zu gewinnen, eine zentrale Rolle. Genauso wichtig ist auch seine Aufbereitung und zyklische Verwendung, denn einen vergleichbaren Wasserkreislauf wie auf der Erde findet man auf dem Mars nicht.

Die planetologische Erkundung ist für die Wissenschaft von großem Interesse, um im gegenseitigen Vergleich die Eigenschaften der terrestrischen Planeten zu studieren: Atmosphäre, Klima, Mineralogie, das Innere und ihre Entstehung aus der solaren Urwolke. Das Wissen um das eigene Sonnensystem fördert das Verständnis für extrasolaren Planeten und ihrer überraschenden Vielfalt, die sich gerade im ersten Jahrzehnt des 21. Jahrhunderts offenbart hat.

Die Marsrover fanden zahlreiche Spuren, die darauf hindeuten, dass es einst flüssiges Wasser auf dem roten Planeten gab. Der Rover Curiosity fand Wasser in Form von Permafrost im Boden des Kraters Gale. Außerdem konnte er nachweisen, dass es dort einst fließendes Wasser gab. Damit könnten möglicherweise früher die Bedingungen für die Entstehung von Leben vorhanden gewesen sein.

Deshalb wird immer wieder über Leben auf dem Mars spekuliert. Selbst wenn der Mars heute ein "toter Planet" sein sollte, sollten sich Spuren früherer Lebensformen finden lassen. Allerdings haben alle bisher vermuteten Lebensspuren, beispielsweise in Marsmeteoriten, sich als nicht stichhaltig erwiesen. Bis heute existieren keinerlei eindeutige oder gar zwingende Hinweise auf marsianisches Leben. Trotzdem wird weiterhin danach gefahndet und es werden die Rahmenbedingungen aus astrobiologischer Sicht studiert. Die ersten ernsthaften Untersuchungen dieser Art gehen auf die amerikanischen Viking-Sonden zurück. Inzwischen suchen Rover nach Spuren von Leben an mehreren Stellen auf der Marsoberfläche.

Der nächste Schritt bei der Erforschung des Mars wird die Rückführung von Proben von der Oberfläche zurück zur Erde sein. Obwohl Rover sehr leistungsfähige mobile Wissenschaftslabore sind, können ihre Instrumente nicht mit denen auf der Erde konkurrieren. Selbst wenn wir nur ein paar kleine Proben zur Erde zurückbringen, können wir unser Wissen über den Mars dramatisch verbessern – einschließlich der Frage, ob es dort Leben gegeben haben könnte.

Um größere Gebiete untersuchen zu können, brauchte man aber bewegliche Geräte, so etwas wie ein Marsauto. Das erste war der Rover Sojourner der mit der Pathfinder-Mission am 4. Juli 1997 auf dem Mars abgesetzt wurde. Als nächste folgten Spirit und Opportunity. Die Marsrover fanden zahlreiche Spuren, die darauf hindeuten, dass es einst flüssiges Wasser auf dem roten Planeten gab. Der Rover Curiosity fand Wasser in Form von Permafrost im Boden des Kraters Gale. Außerdem konnte er nachweisen, dass es dort einst fließendes Wasser gab. Damit könnten möglicherweise früher die Bedingungen für die Existenz von Leben vorhanden gewesen sein.

Sehr erfolgreich war die Mission Phoenix, die am 25. Mai 2008 sanft auf in der kalten Nordpolarregion der Marsoberfläche aufsetzte. Mit dieser Mission konnte erstmalig das schon lange vermutete Wassereis unter der Oberfläche nachgewiesen werden. Aber auch hier konnten keine Lebensspuren nachgewiesen werden.

Ein anderes Untersuchungsfeld befindet sich auf der Erde, in der Antarktis. Hier wurden rund drei Dutzend Meteorite gefunden, die vom Mars stammen. Bei chemischen Analysen wurden in ihnen komplexe Kohlenwasserstoffverbindungen und Aminosäuren aufgespürt. Berühmtheit erlange der Meteorit ALH84001. In ihm glaubte man sogar Stoffwechselprodukte von Marsmikroben entdeckt zu haben. Doch inzwischen hält man dies alles für Ergebnisse anorganischer Prozesse.
Allerdings ist Leben auf dem Mars – sei es auch nur in Form winziger Bakterien – damit nicht ausgeschlossen.

Wie die verschiedenen Rover herausfanden, unterstützt von den Planeten umkreisenden Sonden, muss es früher auf dem roten Planeten größere Mengen an flüssigem Wasser gegeben haben. Auch war die Atmosphäre deutlich dichter als heute. Deshalb wird immer wieder über Leben auf dem Mars spekuliert. Selbst wenn der Mars heute ein "toter Planet" sein sollte, sollten sich Spuren früherer Lebensformen finden lassen. Aktuell (November2021) suchen die beiden Rover Curiosity und Perseverance nach Spuren ehemaliger oder aktueller Lebensformen.