Первый полет в направлении Марса состоялся в октябре 1960 года. Советский космический Корабль-4 (Марсник) сломался по пути на околоземную орбиту. Неудачу потерпели и несколько следующих кораблей, пока в 1962 году Марс-1, наконец не был выведен на полетную орбиту к Марсу. Связь с аппаратом была потеряна в 106 млн км от Земли 21 марта 1963 года — рекорд дальности космической связи того времени. Марс-1 успел передать на Землю информацию о напряженности магнитных полей и о межпланетном пространстве и интенсивности космического излучения.
Летом 1965 года американский аппарат Маринер-4 передал на Землю первые снимки Марса с расстояния в 10 тысяч километров от поверхности планеты и разрешением в километр. Передача каждого из 22 снимков (один был передан не полностью) длилась более 8 часов. Проанализировав кадры и данные датчиков корабля, ученые пришли к выводу, что у Марса сильно разрежена атмосфера, состоящая преимущественно из углекислого газа, а его поверхность покрыта кратерами, как на Луне. В 1969 году Маринер-6 и Маринер-7 — передали около 200 снимков — 20% марсианской поверхности, и выяснилось, что кратеры есть не везде, а ландшафт разнообразный. Последний по программе Маринер-9 передал более 7 тысяч снимков марсианской поверхности — с кратерами, системой каньонов, следами высохших рек, а также более 100 снимков марсианских спутников Фобоса и Деймоса. После года работы аппарат выключили осенью 1972 года — он стал первым искусственным спутником другой планеты.
Пока американцы картографировали Марс, советские корабли пытались на него сесть. Марс-2 до планеты долетел — но мягко посадить отделяемый модуль из-за ошибки программы не получилось. Марс-3 был успешнее — он сел, но данные передавал лишь 20 секунд, потом связь была потеряна.
Уже в 1976 году американский Викинг-1 и Викинг-2 достигли поверхности Марса. Отделяемый модуль первой автоматической станции на Марсе работал до ноября 1982 года и за шесть лет успел передать десятки тысяч снимков в хорошем качестве и в цвете, проанализировать состав почвы (богата кремнием, железом, кальцием и алюминием) и провести важные биологические эксперименты. Три из четырех биологических экспериментов показали, что жизни на планете нет, но один из них задокументировал «неожиданную химическую реакцию почвы» — признак живых организмов. Впрочем, повторные эксперименты результат не подтвердили — и он был признан технической ошибкой. Миссии Викинга стали прорывом в технологии марсианских исследований, но после этого полеты к четвертой планете прекратились на несколько десятилетий.
Новый этап в изучении Марса начался в 1996 году с программы NASA Pathfinder. Межпланетный корабль доставил на планету самый первый марсоход Sojourner (дословно «Пришелец»). Неограниченный в передвижениях аппарат исследовал состав грунта и камней, некоторым из них были даже присвоены имена, к примеру есть камни Barnacle Bill (фольклорный персонаж — моряк) и Скуби-Ду. На некоторых из них были видны следы водяной эрозии. После Sojourner на Марс прибыли в 2003 году еще близнецы-марсоходы Spirit («Дух») и Opportunity («Возможность»).
Spirit прославился тем, что вместо 600 м проехал 7 км и почти 7 лет проводил исследования, даже после того, как его колеса застряли в песчаной дюне. Одной из случайных находок и удачей марсохода стало обнаружение залежей чистого кремния на поверхности планет. Оpportunity и присоединившийся к нему в августе 2012 года ровер Curiosity («Любопытство») продолжают космические исследования, попутно публикуя селфи в Twitter. Так, Curiosity несмотря на то, что на Марсе всего 2,5 года — уже стал самым социально активным космическим аппаратом, отправив почти 3 тысячи твитов своим 1, 75 миллионам подписчиков.
Кроме роверов поверхность Марса исследуют еще три орбитальные станции и искусственные спутники Марса. C 2001 года марсианскую поверхность фотографирует Mars Odyssey-— сотни тысяч снимков помогли ученым составить подробные геологические и минеральные карты планеты, а также обнаружить и картографировать залежи льда. Считается, что когда-то на Марсе были озера или даже океаны, которые могли поддерживать жизнь. Так же на марсианской орбите работает европейский аппарат Mars Express и межпланетная станция Mars Reconnaissance Orbiter. Cкоро к аппаратам присоединится спутник MAVEN(аббревиатура от англ. Mars Atmosphere and Volatile EvolutioN — «Эволюция атмосферы и летучих веществ на Марсе»), долетевший до Марса в сентябре 2014 года. Он попытается собрать данные, которые помогут ученым ответить на вопрос, каким Марс был раньше, как потерял свою атмосферу и что стало с его поверхностью после этого.
