火星的表面有很多年代已久的环形山.但是也有不少形成不久的山谷、山脊、小山及平原.在火星的南半球,有着与月球上相似的曲型的环状高地（左图）.相反的,它的北半球大多由新近形成的低平的平原组成.这些平原的形成过程十分复杂.南北边界上出现几千米的巨大高度变化.形成南北地势巨大差异以及边界地区高度剧变的原因还不得而知（有人推测这是由于火星外层物增加的一瞬间产生的巨大作用力所形成的）.最近,一些科学家开始怀疑那些陡峭的高山是否在它原先的地方.这个疑点将由“火星全球勘测员”来解决.火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和有关的大量数据来推断的.一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成；外包一层熔岩,它比地球的地幔更稠些；最外层是一层薄薄的外壳.相对于其他固态行星而言,火星的密度较低,这表明,火星核中的铁（镁和硫化铁）可能含带较多的硫.如同水星和月球,火星也缺乏活跃的板块运动；没有迹象表明火星发生过能造成像地球般如此多褶皱山系的地壳平移活动.由于没有横向的移动,在地壳下的巨热地带相对于地面处于静止状态.再加之地面的轻微应力,造成了Tharis凸起和巨大的火山.但是,人们却未发现火山最近有过活动的迹象.虽然,火星可能曾发生过很多火山运动,可它看来从未有过任何板块运动.火星
火星上曾有过洪水,地面上也有一些小河道,十分清楚地证明了许多地方曾受到侵蚀.在过去,火星表面存在过干净的水,甚至可能有过大湖和海洋.但是,由于火星引力小,水蒸成气体,这些东西只存在很短的时间,而且据估计距今也有大约四十亿年了.（Valles Marneris不是由流水通过而形成的.它是由于外壳的伸展和撞击,伴随着Tharsis凸起而生成的）.在火星的早期,它与地球十分相似.像地球一样,火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石.但由于缺少地球的板块运动,火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中,从而无法产生意义重大的温室效应.因此,即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置,火星表面的温度仍比地球上的冷得多.火星的那层薄薄的大气主要是由余留下的二氧化碳（95.3％）加上氮气（2.7％）、氩气（1.6％）和微量的氧气（0.15％）和水汽（0.03％）组成的.火星表面的平均大气压强仅为大约7毫巴（比地球上的1％还小）,但它随着高度的变化而变化,在盆地的最深处可高达9毫巴,而在奥林匹斯山脉的顶端却只有1毫巴.但是它也足以支持偶尔整月席卷整颗行星的飓风和大风暴.火星那层薄薄的大气层虽然也能制造温室效应,但那些仅能提高其表面5℃的温度,比我们所知道的金星和地球的少得多.冰水层
火星的两极永久地被固态二氧化碳（干冰）覆盖着.这个冰罩的结构是层叠式的,它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成.在北部的夏天,二氧化碳完全升华,留下剩余的冰水层.由于南部的二氧化碳从没有完全消失过,所以我们无法知道在南部的冰层下是否也存在着冰水层（左图）.这种现象的原因还不知道,但或许是由于火星赤道面与其运行轨道之间的夹角的长期变化引起气候的变化造成的.或许在火星表面下较深处也有水存在.这种因季节变化而产生的两极覆盖层的变化使火星的气压改变了25％左右（由海盗号测量出）.但是最近通过哈勃望远镜的观察却表明海盗号当时勘测时的环境并非是典型的情况.火星的大气现在似乎比海盗号勘测出的更冷、更干了.