在火星的早期，它与地球十分相似。像地球一样，火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动，火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中，从而无法产生意义重大的温室效应。因此，即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置，火星表面的温度仍比地球上的冷得多。

火星的那层薄薄的大气主要是由余留下的二氧化碳（95.3％）加上氮气（2.7％）、氩气（1.6％）和微量的氧气（0.15％）和水汽（0.03％）组成的。火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴（比地球上的1％还小），但它随着高度的变化而变化，在盆地的最深处可高达9毫巴，而在Olympus Mons的顶端却只有1毫巴。但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴。火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应，但那些仅能提高其表面5K的温度，比我们所知道的金星和地球的少得多。

火星的两极永久地被固态二氧化碳（干冰）覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的，它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天，二氧化碳完全升华，留下剩余的冰水层。由于南部的二氧化碳从没有完全消失过，所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层（左图）。这种现象的原因还不知道，但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的。或许在火星表面下较深处也有水存在。这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25％左右（由海盗号测量出）。

但是最近通过哈博望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况。火星的大气现在似乎比海盗号勘测出的更冷、更干了（详细情况请看来自STScI站点）。

海盗号尝试过作实验去决定火星上是否有生命，结果是否定的。但乐观派们指出，只有两个小样本是合格的，并且又并非来自最好的地方。以后的火星探索者们将继续更多的实验。