古希腊人叫它阿瑞斯（希腊神话中的战神），波斯人叫它尼尔高，罗马人称它马尔斯。人们经常把距离太阳第四近的火星同与他们掌管战争的神联系起来。主要原因是，火星看上去是红色的，让人联想起血的颜色。实际上，这红色来自于不是那么红的金星图中的氧化铁、硅酸盐等。简单地说，火星生锈了。
当天文学家开始用望远镜观测火星时，他们没有感到像观测金星时的那样失败。因为，火星的大气非常干净，只是偶尔会有云，所以天文学家可以直接看到火星表面。他们看到的是橘红色（并不是真的红色）的荒漠世界，其中散布着黑色的大陆状的斑，和两个若隐若现的极冠。
当人们可以看到火星的表面特征后，就可以测火星的自转周期了。火星上的一天有24小时37分，比地球略长半个小时。火星的自转轴与它的公转平面有一个25．2°的夹角（黄赤交角，地球的黄赤交角是23．5°），这使得火星上也有一年四季的变化。由于火星围绕太阳公转一圈约2年（地球上的年），火星上的各个季节长度也相当于地球上季节长度的2倍。
火星上季节的更替可以从极冠的变化看出来。每年到一个半球的春季时，该半球的极冠就会收缩变小。产生黑色的纹漫延到赤道，有人猜测这是极冠的冰化成水，随着水从极地流向赤道，火星上的植被开始了新一年的生长。当然，后来证实这个猜想是错误的。
火星的公转轨道椭得非常厉害。它离太阳的平均距离是1亿多千米，可是在一个火星年中，它离太阳的实际距离会有3000万千米的变化（对地球来说，这个变化距离只有300万千米）。
地球以更快的速度绕太阳转（因为它离太阳比火星近），大概每2年从火星附近经过。天文学家把这个过程称为“冲”（古中国天文学家命名，西方人把它称为Opposition，即“相反，对面”的意思，指这时火星在天上处在与太阳相对的位置）。在冲的时候，火星整夜可见，它也处在离地球最近的地方，所以这个时候是我们观测这颗红色星球的最好时机。
有一年，一个意大利天文学家乔·斯基亚巴雷利报告说，在一个非常好的火星冲的观测中，他发现了火星表面上有河流状的黑暗条纹，他把那些条纹称为“通道”。不久，其他天文学家也观测到了那些条纹状的东西。这个消息也激励了一大批人加入观测火星的行列。其中之一，美国人Lowell在美国的亚利桑纳州建了Lowell天文台，专门用来观测火星。
Lowell把那些通道当成是火星上智慧生物修建的运河，用来把极冠溶化的水引向他们需要的地方。这个消息轰动了全球。
火星上有智慧生物的想法立时成了19世纪末科幻小说的主题，他们描绘了各种火星生物的形态和他们的生活方式。“火星通道”也成了最流行的东西。人们绞尽脑汁，用各种方法给火星人问候的信息，让他们知道地球上也有人居住。想法从点燃巨大的通信的狼烟，到上万人在撒哈拉沙漠上同时举起镜子把太阳光反射向火星。1892年，法国科学院悬赏10万法郎给能和火星人联系上的人。当时，人们认为10万法郎太多了，因为和火星人联系是如此容易的任务。
1898年，H．G．Wells出版了他的新书《世界大战》：火星人不甘居住在满是沙漠的火星上，他们把贪婪的目光瞄向了绿色的地球。在1938年的万圣节（基督教的宗教节日）前夕，他们发动了战争。当然，这是虚构的，但还是有很多人看完之后感到毛骨悚然。
在20世纪四五十年代，关于火星上生命是否存在的争论仍在继续。有一些声誉卓着的天文学家称他们看到了运河，可也有同样着名的天文学家称他们一条也没看到过。火星大气和火星温度的科学分析结果也开始让人们对火星生命的存在产生了疑问。
测量表明火星赤道地带的温度白天有28℃左右，晚上就下降到-132℃，这主要是因为火星的大气很薄，不能保持火星上的热量。这种气候是不适合生命存在的。
当然，我们不是亲自去的。我们是派我们的探测器飞船去的。在20世纪60年代中期，美国的“水手4号”飞掠火星，它发回来的照片显示火星上有许多环形山、火山和沙漠。这让那些期待火星生命的人彻底失望了。70年代，其他探测器进入了环绕火星的轨道，前苏联的“火星3号”还放出了着陆舱在火星上着陆，更为详细的观测了火星，以图发现火星上的生命迹象，可他们一无所获。
塔塞斯高地几乎有北美洲那么巨大，比周围的平原高6千米，是这个星球上最年轻的（约20亿～30亿年）地区，因为这里有很多巨大的活火山。
虽然火星的直径只有地球的1／2大，表面积只有地球的30％，可是它却拥有一大批值得自豪的自然奇观。“水手9号”从巨大的沙尘暴中首先看到的是几座巨大的熄灭的火山顶部。其中最大的火山是“奥林匹斯之雪”，可以覆盖整个科罗拉多州（美国的一个州）。它的火山口直径有55千米。
火山的高度主要是受它所在星球的重力决定的。这是因为火山的高度是受它支持自己重量的能力决定的。金星和地球的大小和质量相似，所以其上的火山高度相当。火山上的重力只有地球的38％，所以它上面的火山高度有2．5倍地球上的高。
火星上有巨大的峡谷，其中最大的是“水手谷”。此峡谷绵延5000多千米，宽200千米，比周围地面低6～7千米，谷壁十分陡峭，它比地球上最大的峡谷——科罗拉多大峡谷（长46千米，深1．8千米）大得多。它不是由于水的冲蚀形成的，而是由于地质断层形成的。
约有1／4的火星表面有环形山分布，特别是在南半球。实际上，这正好是地球上来的探测器掠过的地方，所以给了人们留下火星很象月球的印象。火星上的环形山比月球上的浅，而且很少有直径小于3千米的火山存在，这都是风蚀的结果。
从火星上海拔最低的贺拉斯盆地到海拔最高的泰瑞斯高地，海拔相差了21千米。在地球上，从最低的马里亚纳海沟到珠穆朗玛峰只有12千米。
除了水手谷能和Lowell的火星运河地图对应上外，造访火星的探测船没能发回任何运河的照片。那些“运河”，被证实为望远镜的光学像差，只存在于那些想观测运河的天文学家脑中。火星运河的例子表明训练有素的科学家是怎样愚弄他们自己“看到”他们想看到的东西。
被很多天文学家看到的火星上季节更替现象到底是什么？那些从极冠到赤道地区蔓延的黑色纹被证实是由于火星上的季风带着浅色的灰尘覆盖黑色的岩石，或者把浅色的灰尘移走所造成的颜色变化。
火星大气很薄，以致液体水不能存在。极冠包含有冰和干冰，可是在火星上的春天，极冠不会融化，而是直接气化。水雾有时会形成，可是没有火星雨下。简单地说，火星比撒哈拉沙漠还干燥。
火星上的恶劣气候仍不足以使一些科学家放弃火星上有生命存在的希望，因为地球上就有生命生存在那样恶劣的环境中。在1976年夏，美国的“海盗1号”和“海盗2号”着陆在火星的表面，它们都可以挖掘火星上的岩石并且分析岩石组成。可是没有积极的结果发现。
因为美国的“海盗”探测器没法移动，只能检测它的着陆点附近是否有生命存在的证据。所以并不能否认其他地方会有生命存在的证据。而且它们只是检测是否有类似地球的生命存在的迹象，也许火星生命的组织方式与地球生命的不同。可是，“海盗”没有发现有机物的存在，有机物被科学家认为是生命存在的必要物质。因此，总的来说，这些结果还是被科学家接受为火星上不存在生命，至少在着陆点不存在生命的结论。
尽管已经熄灭了，火星上的巨大火山在长年累月的喷发中还是给大气提供了充足的二氧化碳。充足的二氧化碳可以保持火星的温度在一个更高的水平上，而更高的温度就为液态水的存在创造了条件。实际上，火星上确实有像被河流冲蚀的河道存在，而那些河道大小与地球上的主要河流相仿。
火星极冠中的水并不足以提供那些曾经流遍火星全球的水。大多数科学家认为，火星上的水以冻土层的形式存在，即水存在于土中。
月球环形山周围的地面是干燥的岩石和灰尘组成的混合物，可是火星环形山四周似乎有液体流过的痕迹。这就是火星表面下的冻土层在高温下液化的表现，它支持了冻土层存在的假想。
地球公转轨道形状的逐渐变化造成了地球上周期性出现的被冰雪覆盖的冰河时期，然后再解冻的现象。同样的道理对火星也适用，火星轨道也在变化，目前它很可能处在它的冰河时期，等到解冻回暖的那一天，火星上的春天也许就会回来了。
两艘“海盗”号飞船（“海盗1”和“海盗2”）传回来的成千上万张照片中有一幅非常引人注意的有趣照片，那是一个非常像人脸的岩石照片。不幸的是，这张照片被许多伪科学者利用大造声势。这件事的解释也很简单，这只是一个巧合，就像你在看一朵云时，会联想到很多不同的事物，像动物呀、物品等一样，你再看岩石和它的影子组成的复合图像时，也会感到它像某种你所熟悉的东西。而这张照片会让你联想到一个人的脸的图形，没什么奇怪的。
美国的两艘探测飞船将从1997年开始到火星进行探测。“火星全球探测器”在1997年9月进入火星轨道，它的照片可以看清火星表面5米左右的细节。同时，通过确定火星上的重力分布情况，它也会探测确定火星上的矿藏分布。
“探测者”号飞船于1997年7月4日着陆到火星表面，并放出了一个机器人探测器“逗留者”对火星表面的岩石进行详细分析。同时，“探测者”会每天记录着陆点的天气情况。通过互联网，你可以查到火星每天的天气报告。将来，美国和俄国还会有飞船莅临火星进行考察活动。
没有飞船从火星上带岩石回到地球来，可是仍有科学家相信他们拥有的岩石是从火星来的。原因是20年前的“海盗船”探测器曾经分析了火星的岩石特点，其中有一些特征与地球上的岩石特征是很不相同的，所以那些科学家相信他们拥有的是火星石。这些火星石可能是在一次火星被撞击的过程中散落到太阳系中，然后长途跋涉来到地球。
这些岩石有和水相互作用过的特征，大多数携带有盐和黏土。总的来说，它们帮助确认了火星曾经有一个更厚的大气层，表面上流淌过水。在1996年，一个科学小组发现其中一些岩石中有由于火星的原始生命造成的微结构进一步的检测。