Sao Hỏa là một hành tinh đất đá với một khí quyển mỏng, có những đặc điểm trên bề mặt có nét giống với Trái đất.
Bán kính của sao Hỏa xấp xỉ bằng một nửa bán kính của Trái Đất. Tỷ trọng của nó nhỏ hơn của Trái Đất, với thể tích chỉ bằng 15% thể tích Trái Đất và khối lượng chỉ bằng 11%. Diện tích bề mặt của hành tinh đỏ chỉ hơi nhỏ hơn tổng diện tích đất liền trên Trái Đất.
Các nhà khoa học nhận thấy bề mặt sao Hỏa có thành phần chủ yếu từ đá bazan. Một số chứng cứ cho thấy, có nơi trên bề mặt sao Hỏa giàu silic hơn bazan, và có thể giống với đá andesit trên Trái Đất.
Đất trên sao Hỏa có tính kiềm yếu và chứa các nguyên tố như magiê, natri, kali và clo. Những dưỡng chất này được tìm thấy trong đất canh tác trên Trái Đất, và cần thiết cho sự phát triển của thực vật.
Sao Hỏa đã mất từ quyển của nó từ 4 tỷ năm trước. Do vậy, gió Mặt Trời tương tác trực tiếp đến tầng điện li của hành tinh. Điều này làm giảm mật độ khí quyển do dần dần tước đi các nguyên tử ở lớp ngoài cùng.
Bầu khí quyển sao Hỏa chứa 95% cacbon điôxít, 3% nitơ, 1,6% argon và chứa dấu vết của ôxy và hơi nước. Khí quyển khá là bụi bặm, chứa các hạt bụi đường kính khoảng 1,5 µm khiến cho bầu trời sao Hỏa có màu vàng nâu khi đứng nhìn từ bề mặt của nó.
Trong số các hành tinh trong hệ Mặt Trời, các mùa trên sao Hỏa là gần giống với trên Trái Đất nhất, do sự gần bằng về độ nghiêng của trục tự quay ở hai hành tinh. Nhiệt độ sao Hỏa thay đổi từ rất thấp -87°C trong thời gian mùa đông ở các cực, cho đến -5°C vào mùa hè.
Nhiều bằng chứng cho thấy sao Hỏa trước đây đã từng có những điều kiện cho sự sống phát triển hơn so với ngày nay. Nhưng liệu các sinh vật sống có từng tồn tại hay không vẫn còn là bí ẩn.
Gần đây, các nhà khoa học đã phát minh ra công cụ mang tên MOXIE được tích hợp trong tàu Perseverance có thể tạo ra oxy từ bầu khí quyển đầy carbon dioxide sao Hỏa.
Sao Hỏa có một ngày 24,5 giờ. Các chỏm băng ở hai cực mở rộng và co lại theo mùa và một loạt các đặc điểm bề mặt được tạo nên do nước trong suốt lịch sử của hành tinh.
Việc phát hiện một hồ nước bên dưới chỏm băng ở cực nam và khí mê-tan trong khí quyển sao Hỏa (thay đổi theo mùa và thậm chí cả thời gian trong ngày) khiến sao Hỏa trở thành một ứng cử viên rất thú vị cho sự sống.
Mê-tan rất quan trọng vì nó có thể được tạo ra bởi các quá trình sinh học. Nhưng nguồn gốc thực sự của khí mê-tan trên sao Hỏa vẫn chưa được biết đến.
