Ngày 4/7/1997, xe thăm dò sao Hỏa Sojourner lần đầu tiên lăn bánh trên bề mặt của "hành tinh đỏ". Đây là lần đầu tiên thiết bị tự hành hạ cánh xuống sao Hỏa. Sojourner được trang bị quang phổ kế và camera quang học có nhiệm vụ phân tích hóa học các vật chất thu được. Hình ảnh lịch sử này được ghép từ 14 bức ảnh riêng lẻ chụp bởi camera trên tàu vũ trụ Pathfinder.
Ảnh chụp từ tàu Pathfinder cho thấy Sojourner đang nghiên cứu một tảng đá. Sojourner đã gửi về trái đất 550 bức ảnh chụp bề mặt sao Hỏa. Sojourner có khả năng tính toán độ mòn của bánh xe, từ đó cung cấp thông tin về cấu tạo bề mặt sao Hỏa, điều vô cùng quan trọng cho các xe thăm dò sau này.
Sojourner di chuyển khoảng 100 m trong suốt thời gian hoạt động tại sao Hỏa. Nó hoạt động và truyền dữ liệu liên tục về Trái đất cho tới ngày 27/9/1997. Bức hình ghi lại những khoảnh khắc cuối cùng của Sojourner trước khi nó dừng hoạt động do pin nhiên liệu bị hư hại trong thời tiết lạnh giá.
Sojourner chỉ nặng 10,6 kg và di chuyển với tốc độ 1 cm/giây (3,6 m/h). Kế nhiệm Sojourner là những xe tự hành to lớn và hiện đại hơn. Opportunity (trái) nặng 185 kg lăn bánh trên sao Hỏa năm 2004. Curiosity (phải) nặng 900 kg bắt đầu hoạt động tại sao Hỏa từ năm 2012.
Năm 2004, Opportunity và Spirit hạ cánh xuống sao Hỏa, kế thừa công việc Sojourner còn dang dở. Spirit di chuyển 7,7 km và gửi hơn 4.000 báo cáo về NASA trước khi ngừng hoạt động năm 2010. Opportunity vẫn hoạt động cho tới nay.
Cho đến năm 2015, Opportunity đã di chuyển tổng cộng 42 km. Cánh tay của nó được trang bị 3 quang phổ kế và camera 3D. Hiện Opportunity nghiên cứu tại "Perseverance Valley", địa điểm NASA tin là phù hợp với điều kiện hoạt động tối ưu của robot nghiên cứu.
Curiosity là xe thăm dò lớn và hiện đại nhất trong sứ mệnh nghiên cứu sao Hỏa của NASA. Đáp xuống "hành tinh đỏ" ngày 6/8/2012, Curiosity đã di chuyển tổng cộng 17 km. Tên chính thức của nó là "Phòng thí nghiệm khoa học sao Hỏa" bởi Curiosity thực sự là một phòng thí nghiệm có bánh xe.
Một cánh tay của Curiosity. Bộ phận này mang theo quang phổ kế, có khả năng phân tích các thành phần hóa học và trạm nghiên cứu thời tiết có thể đo nhiệt độ, áp suất không khí, phóng xạ, độ ẩm và tốc độ gió. Phần quan trọng nhất của Curiosity thiết bị nghiên cứu hóa học có khả năng phân tích chi tiết các chất hữu cơ.
Cánh tay của Curiosity được trang bị máy khoan, giúp chiếc xe có khả năng thu thập các mẫu vật bên dưới bề mặt sao Hỏa. Hình ảnh chụp lại hoạt động thu thập mẫu vật tại miệng núi lửa Gale Crater năm 2013.
Mẫu vật thu thập được phân tích bởi nhiều thiết bị. Một màng lọc sẽ phân loại mẫu vật thành các kích cỡ khác nhau. Sau đó, mẫu vật được chuyển tới các máy phân tích phù hợp. Báo cáo mới đây của Curiosity cho thấy bề mặt sao Hỏa quá độc hại để vi khuẩn có thể sinh sôi.
Hình ảnh triền cát bề mặt sao Hỏa ghép từ 8 bức ảnh khác nhau chụp từ camera của Curiosity. 20 năm sau ngày Sojourner lăn bánh, chương trình thăm dò sao Hỏa của NASA đã giúp con người có những kiến thức đột phá về cấu tạo địa hình và điều kiện tự nhiên trên bề mặt "hành tinh đỏ". Dự kiến, NASA sẽ đưa con người lên sao Hỏa vào năm 2030.
