除建设太空城和开发月球外，向太空移民另一个较近的去处是火星。从有关火星环境特点的介绍中我们可以知道，向火星移民，仍然需要解决空气、水、食物、重力适应和辐射防护等基本问题。水是关键所在。
火星着陆器和覆盖在半地下住宅上的火星土石可屏蔽辐射。人能否适应火星上的重力，可通过实验来验证。空气、水和食物、重力适应和辐射防护等基本问题。而水是其中的关键。火星着陆器和覆盖在半地下住宅上的火星土石可屏蔽辐射。人能否适应火星上的重力，可通过实验来验证。空气、水和食物，可通过建造密闭生态循环系统来解决。
科学家已提出了种种改造整个火星环境的设想。如在围绕火星的轨道上设置大型反射镜，向火星反射阳光，以提高火星大气和表面的温度。与此同时，在火星上建气体生产厂，生产臭氧和能产生温室效应的其他各种气体，形成厚密的大气层，防护紫外线的伤害和进一步提高火星大气和表面的温度。温度升高后，火星两极和地表下的冰冻水逐渐融化。这样，火星上就有了水。如果火星上的水不足，还可从它的两颗卫星上提取。在改造大气和提高温度的进程中，首先使酵母和细菌之类的简单生命能够生存和繁殖。最后，人也就能像在地球上一样舒适地生活了。
开发火星也像开发月球一样，首先是在火星上建立前哨站，然后发展成初级基地和永久性基地，最后才能改造整个火星环境。
在开发火星的整个过程中，地球与火星之间的交通会逐渐繁忙起来。在地球至火星和火星至地球的航程中，绝大部分是太空真空，由从地面起飞，经过大气层空间的航天器直飞火星，很不经济，因加速和减速需要消耗能源。同时，航天器飞经大气层的许多复杂要求和结构，在太空真空环境中完全用不着。因此，科学家提出了分段接力式的交通模式。
一种设想是，在绕地球和绕火星的轨道上，以及地月引力平衡点(自由点)上建立航天港。在地球和火星轨道之间设巡天飞船，它的运行轨道与地球轨道和火星轨道相切或相交。去火星的人员乘航天飞机等航天器去地球航天港，在那里换乘转运飞船，飞向自由点航天港，在那里加住燃料后，飞向巡天飞船，与它交会对接后(或交会后停泊在巡天飞船上)，一起飞向火星，与火星交会后，再乘添加了燃料的转运飞船飞向火星航天港。在那里，乘员换乘火星着陆器在火星上着陆。返回程序与此相反。
这种分段模式可利用地球和火星大气刹车，在各航天港上，可利用动量矩转移的原理，将下降转运飞船的能量转移给上升飞船，以节省能源。在巡天飞船上可设两个乘员舱，它们一上一下地绕巡天飞船旋转，产生人造重力。去火星时逐渐减小，使乘员舒适地逐渐过渡到火星重力。返回时绕转速度逐渐加快，使重力逐渐过渡到地球重力。