第三階段試驗任務曆時520天，於北京時間2010年6月3日17時開始，於北京時間2011年11月4日18時結束。試驗設計時間520天，前250天模擬飛往火星，中間30天登陸火星，最後240天返回地球，誌願者模擬飛往火星、環繞火星、登陸火星和返回地球等全過程。
“火星500”是一個有多個部分組成的地麵模擬試驗火星載人飛行試驗。試驗設施位於莫斯科俄羅斯科學院生物醫學問題研究所。試驗合計640天，已分為3個階段，在每個階段，全部誌願者船員生活和工作僅限於實體模型航天器。不能和外部直接交流，若透過互聯網交流會有20分鍾延遲。試驗人員不能從外界獲取消耗品。
“火星500”試驗是人類第一次模擬登陸火星的探索，對中國來說，既是挑戰，也是機遇。麵對後續的空間探索，麵對人類首次模擬登陸火星這個機遇，中國應該有自己的位置。俄羅斯人也曾表示，沒有中國的參與會是一個遺憾。這樣，在中俄聯委會推動下，中國提出並實施相關參試工作。
此後，來自中國的誌願者、中國航天員科研訓練中心宇航員教員王躍入選。
莫斯科時間2011年11月4日14時（北京時間4日18時），中國誌願者王躍和來自其他國家的5名同伴結束了長達520天的往返火星與地球模擬試驗，走出模擬飛船“返回地球”。至此，由來自中國、俄羅斯、法國和意大利誌願者共同參與的人類首次模擬火星載人飛行試驗——“火星500”獲得圓滿成功。
3.3.3 不得不關注火星
火星在太陽係中的位置是距太陽第四近，地球距太陽第三近，金星第二近，也就是說在太陽係行星軌道排序上，地球在金星和火星之間。火星是太陽係八大行星中的第七大行星，比地球小，直徑6794千米，公轉周期約687天，自轉周期約24小時37分22秒。
火星的軌道是顯著的橢圓形。因此，在接受太陽照射的地方，近日點和遠日點之間的溫差將近160℃。這對火星的氣候產生巨大的影響。火星上的平均溫度大約為-55℃（-67℉），但卻具有從冬天的-133℃（-207.4℉）到夏日白天的將近27℃（80.6℉）的跨度。盡管火星比地球小得多，但它的表麵積卻相當於地球表麵的陸地麵積。
除地球之外，火星是具有最多各種有趣地形的固態表麵行星。其中不乏一些壯觀的地形，如奧林匹斯山脈，它在火星地表上的高度有24千米（78000英尺），是太陽係中最大的山脈。它的基座直徑超過500千米，並由一座高達6千米（20000英尺）的懸崖環繞著。還有塔爾西施隆起（火星表麵的一個巨大凸起，有大約4000千米寬，10千米高），水手穀（深2～7千米，長為4000千米的峽穀群），希臘平原（處於南半球，6千多米深，直徑為2000千米的衝擊環形山）等。
火星的表麵有很多年代已久的環形山，但是也有不少形成不久的山穀、山脊、小山及平原。
在火星的南半球，有著與月球上相似的曲形的環狀高地。相反，它的北半球大多由新近形成的低平的平原組成，這些平原的形成過程十分複雜。南北邊界上出現幾千米的巨大高度變化，這些變化的原因還不得而知。有人推測這是由於火星外層物增加的一瞬間產生的巨大作用力所形成的。最近，一些科學家開始懷疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方。這個疑問隻能由去到火星的探索者來解答。
火星的內部情況目前隻能依靠它表麵情況的資料和有關的大量數據來進行推斷。一般認為它的核心是由半徑為1700千米的高密度物質組成的；外包一層熔岩，它比地球的地幔更稠些；最外層是一層薄薄的外殼。相對於其他固態行星而言，火星的密度較低，這表明，火星核中的鐵（鎂和硫化鐵）可能含帶較多的硫。
如同水星和月球，火星也缺乏活躍的板塊運動，沒有跡象表明火星發生過能造成像地球般如此多褶皺山係的地殼平移活動。由於沒有橫向的移動，在地殼下的巨熱地帶相對於地麵處於靜止狀態，再加之地麵的輕微應力，造成了塔爾西施凸起和巨大的火山。但是，人們卻未發現火山最近有過活動的跡象。雖然火星可能曾發生過很多次火山運動，可它看來從未有過任何板塊運動。
火星上曾有過洪水，地麵上的一些小河道十分清楚地證明了許多地方曾受到侵蝕。在過去，火星表麵存在過幹淨的水，甚至可能有過大湖和海洋。但是，由於火星引力小，水蒸發成氣體，這些物質隻存在很短的時間，而且據估計距今已有大約40億年。
火星在早期與地球十分相似。像地球一樣，火星上幾乎所有的二氧化碳都被轉化為含碳的岩石。但由於缺少地球的板塊運動，火星無法使二氧化碳再次循環到它的大氣中，從而無法產生意義重大的溫室效應。因此，即使把它拉到與地球距太陽同等距離的位置，火星表麵的溫度仍比地球上的低得多。
火星的那層薄薄的大氣主要是由餘留下的二氧化碳（95.3%）加上氮氣（2.7%）、氬氣（1.6%）和微量的氧氣（0.15%）、水汽（0.03%）組成的。火星表麵的平均大氣壓強僅為大約7毫巴（比地球上的1%還小），但它隨著高度的變化而變化，在盆地的最深處可高達9毫巴，而在奧林匹斯山脈的頂端卻隻有1毫巴，但是它也足以支持偶爾整月席卷整顆行星的颶風和大風暴。火星那層薄薄的大氣層雖然也能製造溫室效應，但那些僅能提高其表麵5℃的溫度，比我們所知道的金星和地球的少得多。