Belső felépítése
Fémes magjának sugara 1600 km körüli, nem tudni, folyékony állapotban
van-e, avagy már megszilárdult. Ezt veszi körül a nagyjából ugyancsak 1600 km-es köpeny, majd a kb. száz km vastag kéreg. Belsejének differenciálódása mintegy 3 milliárd évvel ezelőtt fejeződhetett be. A későbbiekben a belső hő következtében tágulás zajlott le, amely rendkívül aktívvá tette a bolygó felszínét. A köpeny kb. 1 milliárd évvel ezelőtt jelentősen hűlni kezdett, a vulkanikus aktivitás csökkent, a kéreg pedig vastagodott.
A kéreg kémiai összetétele
A talajminták vizsgálata alapján a Mars talaja nagy valószínűséggel alkalmas az életre, növények termesztésére: az Antarktika szárazabb völgyeiben található talajhoz hasonló tulajdonságokat mutat. Lúgos kémhatású (az adott elemzés 8-9 közötti pH-értékeket mutatott ki), kimutatható magnézium, nátrium és kálium, az élethez szükséges tápanyagokat és vegyületeket is találtak.
Légköre
Atmoszférája ritka, a felszíni légnyomás 3-13 millibar közötti. Fő összetevője a szén-dioxid, emellett kevés nitrogén, oxigén, szénmonoxid és vízgőz is található benne. A nappal és az éjszaka határvonalánál, főleg az egyenlítő vidékén a felszín felett 5-7 km magasan fehér felhők mutatkoznak. Ezek leginkább a földi hajnali ködökhöz hasonlítanak, valószínűleg vízjégből állnak. (Felhők a nagy domborzati kiemelkedések környékén is gyakran megfigyelhetők.) Ugyancsak gyakoriak a sárga és vöröses árnyalatú fellegek, amelyek a felszínéről felkapott porból állhatnak.
Pályája
A Mars pályája elnyúltabb ellipszis, így a Naphoz legközelebbi pontján 45%-kal több sugárzást kap, mint legtávolabbi pontjában. Ez azt jelenti, hogy a felszíne a déli pólusnál -125 Celsius fok hőmérsékletű, és +25 Celsius fokig változhat a nyár folyamán. Jelenlegi 25,2 fokos tengelyhajlása hasonló a Földéhez, és évszakok lépnek fel a Marson is. Történelme során a Mars tengelyhajlása különböző tényezők következtében ingadozhat. Az ingadozások jelentős éghajlatváltozásokat okoznak. Amikor a Mars tengelyhajlása erős, akkor a pólusok nagyobb mértékben vannak kitéve a Nap hatásainak.
Időjárás
A bolygó forgástengelyének dőlésszöge a földihez hasonló, így a Marson is erős évszakos változások vannak, melyeket a pálya nagy elnyúltsága is jelentősen befolyásol. Amikor a bolygó napközelben tartózkodik, a déli féltekén van nyár, a déli tavasz és nyár rövid forró, az ősz és a tél hosszú, hideg. A bolygó globális átlaghőmérséklete -60 oC. Maximális nyári hőmérséklet délben az egyenlítő környékén +20 o C körüli, de erős az éjszakai lehűlés, a legalacsonyabb eddig mért hőmérséklet -113 oC. A marsi télnek elég sajátos megnyilvánulási formái vannak. Ahogyan csökken a hőmérséklet, a légköri széndioxidnak és vízgőznek mind nagyobb része fagy ki az atmoszférából, és a felszínt vékony fehér lepellel borítja be. Ennek következtében a napi átlaghőmérséklettel párhuzamosan a légnyomás is csökken, és a leghidegebb hetekben a légkör össztömegének 30%-a is kicsapódhat a dér formájában. A csapadék víz és széndioxid 6:1 arányú keveréke. A légnyomás napi ingadozásának mértéke 0,2 millibar körüli, oka ugyanaz, mint az évszakosnak. Mivel a Marson nincsenek óceánok, a felszín gyorsan reagál a beeső napsugárzás mennyiségének változására. Ennek következtében a Hadley-cellák (termikus cellák) is követik a Nap évi járását, és az egyenlítőtől 25 fokra is eltávolodhatnak. Olyan mértékű eltolódás is elképzelhető, hogy a bolygón átmenetileg csak egyetlen Hadley-cella alakul ki. A felszínen általában gyenge szél fújdogál, olyan, amilyen Földünkön éppen csak megfodrozza a tavak víztükrét. A szélsebesség azonban nem mindig ilyen kicsi, a Mars évszakos jelenségei közül ugyanis a porviharok a legfeltűnőbbek. Ezek többnyire a déli féltekén, a helyi tavasz és nyár alatt keletkeznek. A melegedő idő hatására gyorsan húzódik vissza a pólussapka, melynek pereménél a nagy hőmérséklet-különbség erős légörvényeket kelt. A légkörbe jutott por napfényt nyel el, aminek hatására felmelegszik, és tovább erősíti a szeleket, még több port juttatva a légkörbe. Ezek eleinte kis, lokális jelenségek, azonban ha a Hadley-cellákba bekerülnek, néhány nap leforgása alatt az egész bolygóra kiterjedő homokviharokká növik ki magukat. Ilyenkor teljesen részlet nélküli látványt mutat a Mars, csak a legmagasabb vulkánok lógnak ki a kavargó porból. A szélsebesség a többszáz km/órát is eléri, és jelentős eróziós tevékenységet fejt ki. A por ilyenkor 40 km magasságig is feljut, és csak 3-4 hónap elteltével ülepszik le.
Forgása és keringése
A Mars átlagos távolsága a Naptól 230 millió km (1,5 Csillagászati Egység), keringési periódusa 687 földi nap. A bolygó saját tengely körüli forgása, a marsi nap, azaz 1 sol hossza nagyon hasonló a Földéhez: 24 óra 39 perc 35 másodperc. A marsi év megegyezik 1,8809 Föld-évvel, vagy 1 évvel, 320 nappal és 18,2 órával.
Ellipszis pályája elnyújtottabb, mint a Földé – bolygónk pályájának napközel- és naptávolpontja között 5 millió kilométer a különbség – a Mars esetében 42 millió kilométer a különbség a pálya Naptól legtávolabbi és legközelebbi pontja között. A bolygóra jutó napenergia napközelben 40%-kal nagyobb, mint a Naptól távol. Ezért az évszakok sokkal szélsőségesebbek mint nálunk. Minthogy azonban a marsi évek nagyjából kétszer olyan hosszúak mint a földiek, az ottani évszakok is kétszer annyi ideig tartanak mint a Földön. A Mars északi féltekéjén a tavasz kb. 199 földi napig tart, 52 nappal hosszabb mint az ősz.
Mágneses tér
A Földtől eltérően a Marsot nem védi a bolygó belsejében generált mágneses mező. A légköre azonban nyújt némi védelmet, mégpedig azáltal, hogy eltéríti a napszelet, hasonlóan ahhoz, ahogyan a nagyobb kövek terelik a patak vizét. A Mars felsőlégköre ugyanis plazmaállapotú, azaz töltött részecskék – elektronok és pozitív ionok – elegye. A napszélben áramló, szintén töltött részecskék kölcsönhatásba lépnek ezzel a plazmával, a mozgó, keveredő töltött részecskék áramai pedig mágneses teret generálnak, amely azonban a Mars esetében nagyon gyenge.