A Mars-1 feladata a bolygó megközelítése, fotók  készítése, valamint a kozmikus sugárzás, a napszél és a meteoritáramok tanulmányozása volt. A kísérlet  nem érte el célját: az utolsó rádió-összeköttetés 1963. március 21-én, a Földtől 106 millió kilométerre jött létre, aztán végleg megszakadt. A kudarc akár sikernek is tekinthető, hiszen ilyen távoli kapcsolattartás addig nem történt. A pályamérésekből arra következtettek, hogy az űrszonda 1963. június 19-én mintegy 193 ezer kilométerre közelítette meg a Marsot.

Az oroszok az első sikeres kísérletet 1971-ben a Mars-2-vel, illetve 3-mal hajtották végre: a két űrjármű a bolygó körül keringve fotózta a felszínt, és míg az előbbi becsapódott a bolygó felszínébe, az utóbbi leszállóegysége 20 másodpercen keresztül adatokat sugárzott a felszínről, így elkészítette az első - nem teljes - panorámaképet is.

Az első közeli fényképeket a  bolygó felszínéről ezt megelőzőleg egy amerikai űrszonda, a Mariner-4 készítette el: 1964. július 15-én 9800 kilométerre repült el a Mars mellett, és az akkor készült első 21 fekete-fehér közelképből kiderült, hogy a felszín kráterekkel szabdalt, nincsenek Mars-csatornák a bolygón, és nem létezik semmilyen rivális civilizáció, illetve a legendák kis zöld emberkéi. A Mars légköre főleg szén-dioxidból áll, és a felszíni légnyomás a földinek csak századrésze.

Számos kudarc után az első sikeres Mars-szonda az 1976-1977-es Viking-küldetések óta az 1997-ben landolt Pathfinder volt, amely - a fedélzetén szállított robotjármű segítségével - az élet nyomait, az éghajlatot és a természeti erőforrásokat kutatta. A jármű fő tervezője a magyar származású Bejczy Antal mérnök volt. Hazaküldött adatai megerősítették a csillagászok korábbi feltételezését, mely szerint a Marson valaha hatalmas mennyiségű víz volt. A három hónapos expedíció során a Marsról összesen 2,6 milliárd tudományos adatot, 16 ezer fényképet, valamint 15 komplett vegyi elemzést továbbítottak a Földre.

2012. augusztus 6-án sikeresen szállt le a bolygó felszínére a Curiosity marsjáró, amely 2,5 milliárd dollár összköltségű program keretében két évig kutat az egykori élet nyomai után a Marson. Ez volt az amerikai űrhivatal által végrehajtott hetedik sikeres landolás az égitesten. A hivatalosan Marsi Tudományos Laboratóriumnak nevezett rover már négy nappal később színes, körpanorámás képeket küldött a bolygóról, majd új kőzetfajtát talált, amely összetételében nem a korábbi marsi mintákhoz, hanem inkább egy Földön található ritka vulkáni kőzethez hasonlít.