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，它是由冰层和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。南部的二氧化碳干冰层却没有完全消失过。
火星的那层薄薄的大气主要是由遗留的二氧化碳（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（不到地球大气的1%），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，而在最高的奥林帕斯山脉的顶端却只有1毫巴。
火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水体，以二氧化碳为主的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有沙尘暴发射。与地球相比，地质活动不活跃，地表地貌大部分于远古较活跃的时期形成。有弥补的陨石坑、火山与峡谷。包括太阳系最高的山：奥林帕斯山和最大的峡谷：水手号大峡谷。
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