火星是太阳系由内向外数的第四颗行星，也是太阳系中仅次于水星的第二小的行星，为太阳系里四颗类地行星之一。
火星与太阳平均距离为1.52AU，公转周期为687地球日，1.88地球年，或668.6火星日。平均火星日为24小时39分35.244秒，或1.0地球日。在地球，火星肉眼可见，亮度可达-2.9，只比金星、月球和太阳暗，但在大部分时间里比木星暗。
火星自转轴倾角为25.19度，和地球的相近，因此也有四季，只是季节长度约为两倍。由于火星轨道离心率大约为0.093（地球只有0.017），使各季节长度不一致。
火星轨道和地球的一样，受太阳系其他天体影响而不断变动。轨道离心率有两个变化周期，分别是9.6万年和210万年，于0.002至0.12间变化；而地球的是10万年和41.3万年等，于0.005至0.058间变化，火星与地球最短距离正慢慢减小。至于自转轴倾角，火星是25.19度，但可由13度至40度间变化周期一千多万年，不像地球的稳定处于22.1和24.5度间，是因为火星没有如月球般的巨大卫星来维持自转轴。也因没有大卫星的潮汐作用，火星自转周期变化小，不像地球的会被慢慢拉长，因此现今两行星的自转周期相近只是暂时现象。
火星直径约是地球的一半，体积为15%，质量为11%，表面积相当于地球陆地面积，密度则比其他三颗类地行星（水星、金星、地球）还要小很多。以半径、质量、表面重力来说，火星约介于地球和月球中间；火星直径约为月球的两倍、地球的一半；质量约为月球九倍、地球的1\/9，表面重力约为月球的2.5倍、地球的2\/5。
火星到地球的距离：近距离约为5500万公里，最远距离则超过4亿公里。两者之间的近距离接触大约每15年出现一次。
自从人类有了探索能力，便利用多种方式对火星进行探测，特别是通过在轨环绕探测器以及落到火星地面的多个火星车，掌握了很多有价值的资料：
火星的橘红色外表是因为地表被赤铁矿（氧化铁）覆盖所致。
火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布，没有稳定的液态水体，以二氧化碳为主（95.3%）的大气既稀薄又寒冷，沙尘悬浮其中，每年常有尘暴发生。与地球相比，地质活动不活跃，而另一个独特的地形特征是南北半球的明显差别：南方是古老、充满陨石坑的高地，北方则是较年轻的平原。火星两极皆有主要以水和冰组成的极冠，而且上面覆盖的干冰会随季节消长。火星上有太阳系已知最大的火山--奥林帕斯山和最大的峡谷--水手号峡谷。
火星有两个天然卫星：火卫一和火卫二，形状不规则，可能是捕获的小行星。
火星的大气密度只有地球的大约1%，非常干燥，温度低，表面平均温度零下55c，水和二氧化碳易冻结。在火星的早期，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。
最令科学家感兴趣的，是火星上是否存在生命的问题。
很多证据证明在数十亿年前火星表面的大部分地区曾经被广阔的海洋覆盖：从拍摄图像中甚至识别出一个巨大的冲积三角洲。这个三角洲所在的河流最终注入一个面积几乎覆盖1\/3火星表面的巨型海洋。
这一三角洲所在的位置不排除在过去可能曾经也是位于一个陨石坑内部，但是后来这个陨石坑被完全侵蚀殆尽了。如果是这种情况那么就说明火星上的地质活动要复杂得多。
后来，在火星上发现了丰富的沉积纪录。这些沉积纪录反映了火星过去环境的线索，包括降水，地表水体，河流三角洲以及可能存在的海洋，表明火星的古代环境以及这些环境下产生的沉积纪录，都和地球非常相似。
科学家研究图像发现，火星上不但只有位于两极、已经凝固成冰的水，更有只会在和暖季节时出现、流动的液态水；火星探测器在火星上加热土壤样本时鉴别出有水蒸气产生；火星车挖掘的泥岩岩石粉末样本分析表明，火星远古时期的环境状况适宜微生物生存；来自卫星的数据表明此前在火星表面一些陨坑坑壁上观察到的神秘暗色条纹可能与间歇性出现的液态水体有关。这些坑壁上的暗色条纹可能是含盐水体沉积过程产生的结果。尤为关键的一点在于，这种含盐水体将能够改变火星表面水体的冰点与沸点，从而使得液态水体在火星地表的存在成为可能；甚至还有消息称，科学家在火星上发现了巨大的地下蓄水层，是发现的第一个液态水湖。这增加了火星上存在生命的期望。
这些发现的最重要意义，是因为水是生命的起源。下一个目标，就是要在火星上做进一步的探索，以调查火星现时是否有任何微生物形态的生命。
然而，人类至今仍然没有发现火星上存在生命的直接证据。火星有非常大的可能性，存在古代生命的迹象，但这些迹象已经过去太多年了，以至于仿佛不存在一样。