Trên hành tinh của chúng ta và có lẽ trên tất cả những hành tinh có nước chảy, những vùng đất giáp sông, hồ thường ẩm ướt hơn những vùng đất khác. Nhờ vào đặc điểm đó, các nhà khoa học đã tìm thấy bằng chứng cho thấy có cùng một loại tình huống trên sao Hỏa, chứng minh có nước trên sao Hỏa. Họ thậm chí còn tìm thấy các khu vực xung quanh núi Sharp có khả năng đã từng là một hồ nước, điều này dễ nhận biết bởi sự hiện diện của các trầm tích lắng đọng ở đáy hồ.
Thời kỳ băng hà thường xuyên ảnh hưởng đến lượng nước có sẵn trên sao Hỏa. Vì sao Hỏa thiếu một mặt trăng lớn như của Trái đất nên nó không giữ được một trục nghiêng 23,5° ổn định như độ nghiêng của Trái đất. Điều này đã dẫn đến những chấn động đáng kể trong thời kỳ băng hà, thay đổi số lượng nước có sẵn trên hành tinh đỏ.
Mặc dù đã tìm thấy dấu hiệu có nước trên sao Hỏa nhưng đáng buồn là hiện nay nước lỏng không thể tồn tại trên sao Hỏa bởi hành tinh này hiện đang ở giữa chu trình của một trong những thời kỳ băng hà, trừ khi hành tinh này ấm lên bằng không nước ở dạng lỏng sẽ không thể tồn tại.
Một trục trặc trong quá trình thăm dò sao Hỏa đã dẫn đến những đột phá mới. Khi một trong những bánh xe của robot tự hành Spirit ngừng hoạt động, nó để lại những rãnh đào sâu trên bề mặt sao Hỏa. Sự cố này vô tình tiết lộ bằng chứng mạnh mẽ cho thấy có nước trên sao Hỏa. Những vật chất bị đào xới bởi các bánh xe của Spirit giàu silica, một vật liệu tìm thấy trong thạch anh, kính và vật liệu này đòi hỏi phải có nước mới có thể tạo thành.
Marte Vallis, một hệ thống kênh lớn trên bề mặt sao Hỏa, hình thành cách đây từ 3,1 đến 3,7 tỷ năm, những kênh này có tổng chiều dài hơn 966 km và phân bố trên một khu vực có chiều rộng chừng 97km. Giới khoa học từng dự đoán độ sâu của các kênh vào khoảng 40m. Theo tính toán của các nhà khoa học, lưu lượng dòng chảy trong kênh chính của hệ thống này có thể gấp hàng trăm lần lưu lượng dòng chảy của sông Mississippi.
Sao Hỏa được bao phủ trong vùng trũng, bề mặt chủ yếu của hành tinh này chủ yếu là đồng bằng, địa hình bằng phẳng. Đây là một trong những hành tinh bằng phẳng nhất trong hệ mặt trời của chúng ta. Khu vực đông bắc Bắc bán cầu của sao Hỏa là vùng thấp nhất có thể được tạo ra bởi những dòng chảy lớn trên bề mặt sao Hỏa.
Suối nước nóng có thể đã tồn tại trên sao Hỏa. Khám phá về nước này trên sao Hỏa đặc biệt thú vị. Các nhà khoa học đã tìm thấy các đặc trưng của suối nước nóng trên sao Hỏa cổ đại rất phù hợp với những mạch nước nóng tự nhiên trên hành tinh xanh của chúng ta. Nơi đây cũng có khả năng chứa những sinh vật sống đầu tiên trên hành tinh này. Sự hiện diện của suối nước nóng cũng dẫn đến những suy luận mới trong việc tìm kiếm sự sống trên sao Hỏa.
Vào năm 2008, xe tự hành Phoenix đã kiểm tra bề mặt sao Hỏa và đào lên những được một chất lạ, chất này biến mất trong vòng bốn ngày. Các nhà khoa học kết luận rất có thể chất lỏng là này nước và nó đã bị bay hơi.
Trong suốt mùa đông 2006-2007 tuyết đã rơi trên sao Hỏa, nhưng nó không giống như những trận tuyết tương tự như ở Trái đất như bạn nghĩ. Đám mây tuyết rơi trên sao Hỏa được tạo nên bởi carbon dioxide đóng băng ở cực nam của sao Hỏa và mỗi hạt có kích thước tương đương tế bào máu của người.
Trong một phát hiện thậm chí đáng kinh ngạc hơn, sao Hỏa có hai loại tuyết. Vào năm 2008, thiết bị thăm dò tự hành Phoenix của NASA phát hiện tuyết rơi gần cực bắc của hành tinh đỏ, song loại tuyết ấy được tạo nên bởi nước giống như trên Trái đất chứ không phải tuyết được tạo nên bởi carbon dioxide.
Ngoài sử dụng tàu vũ trụ và thám hiểm để tìm kiếm nước trên sao Hỏa, các nhà khoa học cũng kiểm tra chặt chẽ các loại đá sao Hỏa đã rơi xuống Trái đất, bị đẩy ra trong quá trình tác động trên hành tinh Đỏ. Điển hình là thiên thạch Yamato 000.593 đã khiến các nhà khoa học đặt niềm tin rất lớn về việc tìm ra nước và sự sống trên sao Hỏa.
Mặc dù tất cả những khám phá đều cho thấy trên sao Hỏa có nước tồn tại ở nhiều hình thức nhưng nhiệt độ trên sao Hỏa vẫn còn quá thấp và tầng khí quyển còn quá mỏng để nước lỏng tồn tại trên bề mặt bằng phẳng của sao Hỏa.
