地球的兩極覆蓋著冰雪，火星上也有白色的極冠。從望遠鏡中可以看見，在火星上當春天來臨的時候，極冠逐漸縮小，在極冠外圍暗的區域變得更暗，並漸漸向赤道移動。在秋天以後，極冠又慢慢地變大，暗區又變淡了。
正由於火星與地球有不少相似之處，就使火星成為1顆誘人的行星，人們對火星上的情景產生了各種猜想，有的說火星上的“運河”，是具有高度智慧的和文化的“火星人”開鑿的。曾有一度“火星人”成了文藝作品的重要幻想題材。有的人甚至要去尋找“火星人”。
對火星上是否有“運河”和“火星人”的爭論，一直沒有解決。就以火星上有沒有“運河”來說，在20世紀以前，人們繪製的火星圖，一般都是在望遠鏡前用目視的方法繪出的。這種繪製方法不但視覺上的差別難以避免，更難避免繪圖者的主觀傾向性。到1905～1907年期間，美國天文學家洛威爾(1855～1916年)與普蘭德、斯裏弗爾合作，拍攝了火星照片，但可惜的是這些照片非常模糊，無法辨別火星上是否有“運河”。到1909年，正當火星衝日的最好時機，不少天文台拍下了很美麗的火星照片，但火星上的“運河”問題仍然解決不了。
隨著空間技術的不斷發展，人們為了揭開火星的秘密便發射行星際探測器飛向火星。在1964～1977年，美國發射了“水手”號和“海盜”號8個探測器。1964年11月發射的“水手4號”行星際測探器，在飛近火星時拍了火星的照片，從照片上可以清楚地看到火星表麵有大大小小的環形山，它比地球上天文望遠鏡的識別本領強多了。地球上的天文望遠鏡隻能識別出60千米以上的地方，而“水手4號”探測器可以識別出直徑有5～12千米的環形山。1971年11月，“水手9號”對火星的全部表麵進行了高分辨率的照相，發現火星上有巨大的火山、峽穀和寬闊的河床。為了探索火星上是否有生命，在1976年7月和9月，“海盜”1號和2號先後來到火星。與此同時，前蘇聯也發射子“火星”號探測器，研究火星及其周圍的空間。通過美國租前蘇聯發射的行星際探測器，對火星進行了大量探測，再經過科學家們的分析研究，使人們對火星有了進一步的認識。
火星是一顆紅色的星球，在它的南極和北極覆蓋著兩個白色的極冠。由於白色的極冠點綴在紅色的星球上，更增加了火星的美麗色彩。火星比地球小，它的赤道半徑為3395千米，相當於地球的15％。火星的質量是地球的108％。而且，火星是在一個偏心率較大的橢圓的軌道上繞太陽公轉，所以火星有時離太陽近，有時離太陽遠，它的近日距和遠日距相差4200萬千米。
火星的周圍有一層大氣，但非常稀薄，它的主要成分是二氧化碳，占總量的96％，也有不少量的氬、氮等氣體。水汽是很少的。據美國“海盜1號”的直接測定，火星表麵的大氣壓力為75毫巴，相當於地球上30～40千米高度處的大氣壓。在大氣中也與地球一樣飄著雲，雲的主要成分是二氧化碳和水。在火星極區的冬季，天空有像濃霧那樣的幹冰(固體二氧化碳)雲。
火星上有時會發生塵暴，看上去就像一種黃色的雲，它是低層大氣中卷著塵粒的風所構成的。大的塵暴多半發生在南半球的春末。當火星靠近近日點的時候，塵暴的發源地處在太陽直射的緯度線上，而且經常發生在海臘斯盆地以西幾百千米的諾阿奇斯地區。在塵暴發生的最初幾天，中心塵雲慢慢擴展，以後便很快蔓延開來，在幾個星期裏就完全覆蓋了南半球。如果塵暴特別大，還能擴展到北半球，甚至籠罩住整個火星。這時，火星上的溫度差減小，風才漸漸平息下來。塵粒也慢慢地在沉降，但塵粒沉降得很慢，至少需要幾個星期。有時一次激烈的塵暴，能持續幾個月之久。在火星上，幾乎每年都要發生一次這樣的塵暴。在1971年11月，當美國的“水手9號”探測器到達火星時，正遇上火星的塵暴，而且塵暴籠罩住整個火星表麵。這次塵暴從1971年9月23日起，一直持續到第二年1月初才平息下來。但是，為什麼每次塵暴都發生在火星位於近日點的時候呢?科學家們還在深入地研究和探討。人們猜測，這可能是由於在近日點時火星上溫度上升得快，使大氣對流也來不及把熱量散開去，這就造成了大氣的擾動，引起了颶風，就把塵埃刮起來，從而形成了塵暴。