苏联、美国、欧洲和日本等国已发射数十艘太空船研究火星表面、地质和气候，包括轨道卫星、登陆器和漫游车。总计大约有三分之二的任务在完成前或是才要开始时就因种种原因而失败。目前将物体由地球地表送往火星约要花费每公斤30900美元。
图解：火星的真实色彩影像，2007年2月由罗塞塔号拍摄
任务第一个飞掠火星的是美国太空总署的水手4号，于1965年飞掠。第一个环绕火星的则是水手9号，于1971年进入火星轨道，也成为第一个环绕地球以外行星的探测船。1971年苏联火星计划火星2号的着陆器坠毁后数日，相同的火星3号的着陆器成功登陆火星，成为第一个成功登陆火星的探测器，但登陆十几秒后就失去联系。1975年NASA发射海盗号，包括两组轨道器和着陆器。海盗1号和海盗2号的着陆器各运作了六年和三年。两个着陆器皆于1976年成功登陆，发送了第一张火星地景的彩色照片，而轨道器也绘制了很好的火星地图，甚至到今天都还在使用。
苏联的弗伯斯1号、2号于1988年发射用于探测火星和两个卫星。弗伯斯1号于抵达前失联，而弗伯斯2号虽然成功拍摄了火星和火卫一，但在准备要放出两艘登陆器到火卫一之前失联。
在1992年发射的火星观察者探测器失败后，NASA于1996年11月发射了火星全球勘测者，且任务非常成功。它在2001年即完成了原订的地图绘制工作，并三次延长任务，直到2006年11月2日失联而结束，总计共10年在太空中工作。在火星全球勘测者发射一个月后，NASA发射了火星探路者，包括了一个登陆器和漫游车——旅居者号（Sojourner），于1997年7月登陆在阿瑞斯谷。这次任务也很成功，且也很知名，部分原因是传回了大量照片。
NASA的火星勘测98计划于1998、99年发射了火星气候探测者号与火星极地登陆者，前者计划研究火星大气层、火星气候及火星地表，后者则计划登陆于南极，船上的搭载深空2号则计划于火星极地登陆者进入大气时释放，直接降落穿入地表进行研究。但整个计划在1999年到达火星时失败。
NASA于2007年8月发射凤凰号，于2008年5月着陆在火星北纬68度的极区。凤凰号登陆器有一支可伸及2.5公尺的机械手臂，且可挖掘土壤1公尺深。有搭载一座显微镜，分辨率达人类头发宽度的千分之一。2008年6月20日确认2008年6月15日发现的地表白色物质为水冰。2008年11月2日进入冬季而无法继续联系凤凰号，任务结束。
2001年NASA发射了2001火星奥德赛号，任务成功进行并延续到2010年9月。船上的伽玛射线光谱仪于地表下一公尺内侦测到大量的氢，代表可能有大量水或冰在火星地表下数米处。
2003年欧洲太空总署发射了火星快车号，包括轨道卫星和登陆器小猎犬2号，而小猎犬2号于2003年12月降落时失败。2004年船上的行星傅里叶光谱仪于大气中侦测到甲烷。2006年6月ESA宣布火星快车号发现极光。
2003年NASA发射了两台相同的火星探测漫游者——勇气号（台译：精神号）（MER-A）和机遇号（机会号）（MER-B）。两台皆于2004年1月成功登陆并工作超过预定时间。传回的数据中最有价值的大概是两极过去有水的确实证据。尘卷风和风暴偶尔将太阳能板上的沙尘清除了，使他们得以超过预定任务时间而继续工作。
2005年8月NASA发射了火星勘测轨道飞行器，于2006年3月进入火星轨道展开为期2年的工作。它搭载更进步的通信系统，直接数据带宽比之前任务总和还宽，且传回的数据远多于过去任务的总和。拥有分辨率高达0.3公尺的相机——HiRISE（高分辨率成像科学设备），拍摄地表和天气以寻找未来任务的适合登陆地点。2008年2月19日拍摄到北极冠边缘的一系列雪崩影像。
2007年2月25日，探测彗星的罗塞塔号近距离飞掠火星并拍照，并拍到很高的云。
2009年2月17日，黎明号飞掠火星同时通过重力助推前往目的地灶神星和谷神星，并在接近火星时拍了照。
中俄合作的火卫一-土壤号于2011年升空，将会送回火卫一土壤样本。而该探测器还将搭载一颗重110公斤的火星探测器，也就是中国第一艘无人驾驶火星探测船萤火一号（YH-1），预计乘坐俄罗斯的天顶-2SB运载火箭升空，航行约10至11个半月。萤火一号主要研究火星的电离层及周围空间环境，火星磁场等。该探测器发射到近地轨道后，因为与地面失去联系变轨失败，探测器的碎片于2012年01月15日坠落在太平洋海域。
继凤凰号之后，NASA于2011年发射了火星科学实验室（好奇号），于2012年8月6日协调世界时05:17于伊奥利亚沼着陆。它和火星探测漫游者一样是火星车，但更大更快更进步。搭载激光化学检测仪，可在13公尺外分析岩石组成。比起之前的其它火星任务，它携带了更多先进科学仪器。本次任务的总成本达到了25亿美元，是历来最贵的火星探测任务。
2008年9月15日NASA发表了MAVEN任务，预计2013年用各种机器研究火星大气。
芬兰、俄罗斯的合作计划MetNet包括将数十个登陆器组成观测网，以研究大气结构、物理性质和气象学。这任务的前导任务将会于2011年先发射一至多个登陆器，有可能是和火卫一-土壤号一起发射。往后的发射会持续到2019年。（以前的文章，真实不是如此）
2016年ESA计划发射第一台火星车——ExoMars，它可挖掘两米深以寻找有机物甚至火星生命。
2004年美国总统布希宣布载人火星任务为太空探索展望中的长期目标。NASA和洛克希德·马丁已开始研究猎户座太空船，计划于2020年以前送人类到月球，作为人类登陆火星的准备。2007年9月28日，NASA首席执行官麦可·D·格里芬声明NASA预计于2037年以前送人类到火星。
ESA希望于2030至2035年间送人类上火星。而在这之前有其他探测任务，包括ExoMars和火星样本取回任务。
直达火星是罗伯·祖宾——火星学会的创始人和主席——提出的极低成本载人火星任务，使用重载的农神五号（土星五号）级火箭，如战神五号或太空探索技术公司（SpaceX）的猎鹰九号，省略轨道组装、低地轨道会合和月球燃料补给站而直接用小的太空船前往火星。修改后的计划，叫做Mars to Stay，改成先不送回第一批登陆者，狄恩·尤尼克说明送回一开始的四到六人所花费用比送他们到火星还高，反而可再送二十人。
小行星事件2007 WD5：2007年11月20日NASA JPL进地天体观测计划发现，一颗直径约50米的小行星2007 WD5可能会在2008年1月30日撞击火星，但随着观测数据越多，终把撞击机率降至0.01%，小行星则于1月30日掠过火星。
参考资料1.WJ百科全书
2.天文学名词
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