Благодаря сделанным зондами анализам выяснилось, что тонкая атмосфера Марса состоит на сегодняшний день из более чем 95% углекислого газа, 2,7% азота и 1,6% аргона. Содержание кислорода составляет только 0,13%,а водяных паров - 0,03%. Давление на поверхности очень низкое, составляет приблизительно 0,006 часть от давления на поверхности Земли.

Небо Марса не голубое, как на Земле, но и не чёрное, как в отсутствие атмосферы. Космонавт, оказавшийся на его поверхности, увидел бы красноватое из-за присутствия в воздухе пыли. Низкая плотность приводит к тому, что степень переноса ветром тепла низка, и из-за этого в разных районах сильно отличается температура.

Марсианские облака состоят из воды и углекислого газа и похожи на земные перистые облака. Но вблизи от возвышенных мест возникают циклоны, которые в зависимости от высоты меняют метеорологические условия окружающей среды.