Марс выглядит на ночном небе как яркооранжевая звезда. Цвет планеты определяют красные оксиды железа, присутствующие в поверхностных породах.

С точки зрения топографии Марс на сегодняшний день — одно из наиболее изученных тел Солнечной системы. Основная черта марсианской «географии» — так называемая дихотомия полушарий. Поверхность планеты состоит как бы из двух контрастных частей: южное полушарие покрывают древние высокогорья, а в северных широтах сосредоточены более молодые равнины. Разница высот между горными и равнинными областями достигает 6 км. Почему полушария Марса так сильно отличаются друг от друга, до сих пор неясно. Возможно, такое деление связано с давней катастрофой — падением на Марс крупного астероида.

У Марса атмосфера существенно более разреженна, чем воздушная оболочка Земли. По составу она напоминает атмосферу Венеры и на 95% состоит из углекислого газа. Около 4% приходится на долю азота и аргона; кислорода и водяного пара в марсианской атмосфере меньше 1%. Водяной пар и углекислый газ в марсианской атмосфере часто собираются в облака.

Наблюдения с космических аппаратов показали, что на Марсе встречается облачность самых разнообразных форм и видов: перистые, волнистые, подветренные облака (вблизи крупных гор и под склонами больших кратеров, в местах, защищённых от ветра). Над низинами (каньонами, долинами) и на дне кратеров в холодное время суток часто стоят туманы. Зимой 1979 г. в районе посадки «Викинга-2» выпал тонкий слой снега, который пролежал несколько месяцев.

Средняя температура на Марсе значительно ниже, чем на Земле, — около -40 °С. При наиболее благоприятных условиях — летним днём в районе экватора — воздух прогревается до 0 °С — приемлемая температура для жителей Земли. Но зимней ночью мороз может достигать -125 °С. Такие резкие перепады температуры вызваны тем, что разреженная атмосфера Марса не способна долго удерживать тепло.

Над поверхностью планеты часто дуют сильные ветры, скорость которых доходит до 100 м/с. Малая сила тяжести позволяет даже разреженным потокам воздуха поднимать огромные облака пыли. Иногда довольно обширные области на Марсе бывают охвачены грандиозными пылевыми бурями. Чаще всего они возникают вблизи полярных шапок. Глобальная пылевая буря на Марсе помешала фотографированию поверхности с борта зонда «Маринер-9». Она бушевала с сентября 1971 по январь 1972 г., подняв в атмосферу на высоту более 10 км около миллиарда тонн пыли.

У Марса два спутника — Фобос и Деймос, которые в 1877 г. обнаружил американский астроном Асаф Холл. Оба спутника испытывают сильное приливное воздействие со стороны Марса, поэтому всегда повёрнуты к нему одной стороной. Фобос и Деймос движутся по почти круговым орбитам, лежащим в плоскости экватора планеты. Некоторые исследователи считают, что спутники Марса попали к нему «не по своей воле», а были захвачены из пояса астероидов.

Фобос обращается вокруг Марса на расстоянии 9400 км от центра планеты, причём скорость его обращения столь велика, что один оборот он совершает за треть марсианских суток, обгоняя суточное вращение планеты. Из-за этого Фобос восходит на западе и опускается за горизонт на востоке.

Удаление этого спутника от центра планеты составляет более 23 тыс. км, и на один оборот у него уходит почти на сутки больше, чем у Фобоса. Сильное приливное трение, возникающее вследствие близкого расположения Фобоса к Марсу, затормаживает его, и спутник медленно приближается к поверхности планеты, чтобы в конце концов упасть на неё, если к тому времени гравитационное поле Марса не разорвёт его на куски.