在太阳系所有八大行星中，人类最感兴趣的就是火星，这不仅是因为它是离我们地球最近的邻居之一，便于我们不时拜访，也不仅是因为火星在历史上与地球环境非常相似，最有可能在上面找到地外生命，而是有更现实的意义，因为我们可以把它当做地球的行星参照物。深入研究火星的特性、气候和地质，有助于我们更清楚地了解有关地球生命的起源与进化、环境和气候的演化与未来趋势，以及地球人类今后所面临的挑战。
美国、俄罗斯、欧洲以及中国等都制定了在本世纪头20年探测火星的规划。特别是美国航空航天局从20世纪80年代起，就把探测火星作为发展航天技术的一个主要目标，制定了详细而具体的长期“火星技术发展计划”，几乎每隔一年都要发射飞船对其进行实地探查，甚至提出在2020年前后派遣航天员直接登临火星。
以往人们探测火星主要利用轨道飞行器和着陆器及火星漫游车。轨道飞行器实际上就是围绕火星运行的人造卫星，通过摄像机和遥感、探地雷达等设备，从整体上了解火星上的大气、地貌、重力、磁场、土壤与矿物成分、内部结构和气候等情况，协助寻找适合火星着陆器降落和探测的地点。
在未来的火星探测任务中，轨道飞行器将更精确地调查火星的环境，在地表和地下寻找水源，详细了解火星的地质史和演化情况。此外，轨道飞行器还可以作为火星中继通讯卫星，协助火星上的着陆器、火星车、气球和火星飞机进行通讯和导航定位。
着陆器和漫游车是实地考察火星表面情况的重要工具。美国在2003年发射的“勇气号”和“机遇号”两辆漫游车每辆质量180kg，在火星上行走了很远的距离，利用携带的电动钻孔机和显微成像仪对火星岩石内部进行观测，取得很多新发现。2007年8月发射的“凤凰号”火星着陆器携带有机器人手臂和小型实验室装置，当它于2008年5月在火星北极附近富含水的冰帽地区着陆后，机器人手臂将开挖地下半米深的冰层，搜寻是否存在生命所需的有机化合物。科学家将了解该地区是否适合未来人类居住。美国还计划在未来发射携带更多的仪器、通过崎岖地形能力更强、行走速度更快、可在火星上行走得更远的大型漫游车“火星科学实验室”。
“勇气号”火星漫游车美国“凤凰号”火星着陆器此外，科学家们还在研制能够在火星大气中飞行的火星气球和火星飞机，以便比轨道飞行器更近距离地观测火星表面；还准备发射一台能够钻探火里表面下200m深度的无人操控智能火星钻机，寻找藏在深处的水源和生命。