火星的南北极都有白色的极冠,它们冬天增大,夏天消融,人们自然认为这是水和冰的象征;空间探测表明,极冠的主要成分是干冰和冰水。火星表面很干燥,是满目荒凉、赤地千里的不毛之地,这里环形山遍布,隆起的陡壁和大峡谷相互交错。最突出的是火山,最大的火山口直径达60千米,高26千米,称为奥林匹斯火山。在火星的赤道区和中纬度地区有许多弯弯曲曲的干涸河床,最长的达1000千米,宽60千米。有人推测火星的历史上大约在30亿年前曾发生过特大洪水。
对空间探测资料进行的土壤成分分析表明,火星的土壤中含有大量氧化铁,它是由于铁长期受紫外线照射而生成的棕红色氧化物;由于大气中的微尘也含有棕红色的氧化物,所以火星的天空也呈现橙红色。