1960年10月，前蘇聯先後兩次發射了火星探測器，不幸的是都沒有火星的軌道就失事了。
1962年11月1日，前蘇聯又發射了3個火星探測器，其中壹個在飛往火星的途中與地球失去了聯系，而另外2個只飛到火星的軌道上便停留在那裏了。
1964年11月28日，美國發射了“水手4號”探測器。在1965年7月14日飛至距火星9280千米的地方，“水手4號”成功地在近距離拍到了22張關於這顆紅色星球的照片。
1971年5月19日和5月28日，前蘇聯連續發射了“火星2號”和“火星3號”探測器。同年的12月15日，前蘇聯的“火星3號”首次在火星上著陸，並從火星表面向地球發送數據達20秒。
1971年5月30日，美國又成功發射了“水手9號”探測器，同年11月14日，“水手9號”駛入距火星1280千米的軌道，並在該軌道上運行將近1年時間，拍攝照片7328張。依據這些照片資料，美國第壹次為火星上的高地、火山、窪地和峽谷等地形命名。
1975年8月20日和9月9日，美國又分別發射了“海盜1號”和“海盜2號”探測器。1976年7月20日和9月3日，這2個探測器依次在火星上成功著陸，大量新的寶貴數據和圖像被發回到地球。其中的“海盜1號”在火星上工作了6年，兩次登陸都沒有在火星上找到任何有生命的特征或痕跡。
火星奧斯匹斯山山口俯瞰由上述事實可看出，在這些早期的火星探測中，最成功的應該是美國的“海盜1號”和“海盜2號”探測器。美國宇航局於1975年發射了這兩艘“海盜號”火星探河器。探測器經過為期壹年的星際旅行，終於成功進入了火星大氣層，並分別在火星著陸。科學家們在這兩個著陸器上裝備了大量的精密儀器，這些儀器能分析火星的土壤，同時也能對火星上的氣壓、風速、溫度等指標進行測量，並確定了組成火星大氣的元素構成。為了探測火星上是否存在生命的跡象，科學家們還專門設計了壹些實驗。在這些實驗中，探測器先是用機械手臂挖掘采集了火星的土壤樣本，再通過實驗來對土壤樣本進行分析研究，結果發現，火星土壤中能夠釋放出氣體。然而那時的科學家卻將之歸因於化學反應。
在1999年，曾為美國宇航局工作過的南加利福尼亞大學的神經生物學家約瑟夫·米勒要求美國宇航局重新研究20多年前的實驗結果。因為米勒堅信，美國宇航局在1975年發射的“海盜號”火星探測器探測收集到的資料中，有可以證實火星上存在生命的證據。但由於後來有關的資料丟失了，到目前為止，美國宇航局的研究還只能證明火星表面發生過化學反應。米勒進壹步指出，是美國宇航局把實驗的數據弄丟了。美國宇航局考慮了米勒的意見，徹底查找了檔案裏的資料，終於有壹份被忽視已久的電腦記錄被找了出來。由於這份記錄所用的是極為陳舊的編碼格式，已經沒有能識別這種編碼程序的設計師在世。因此米勒只能靠美國宇航局人員保留下來的數據備份進行自己的研究工作。那些數據很少，只是原來的1/3而已。米勒把資料集中起來進行分析，終於得出結論，認為在火星上很可能有過生命。2001年11月28日，他在聖叠戈召開的科學研討會上，米勒將他的研究成果公布於世。
進入20世紀90年代以後，由於前蘇聯的解體，火星探測幾乎成了美國人的“專利”。美國在這期間先後進行了多次火星探測。
1992年9月24日，為了考察火星的地理和氣候狀況，美國發射了“火星觀察者號”探測器，為載人飛船飛往火星探測道路。
1996年，美國將“火星探路者號”探測器發射到太空中，並把相當多的火星照片發回地球。3個月後，美國“火星全球測量者號”探測器進入火星軌道，開始繪制火星地圖。
2001年10月29日，美國火星探測器“2001火星奧德賽”又在火星上取得了大量的探測結果。
2001年11月底，美國科學家對火星探測器發回的新照片進行了研究，提出了火星表面部分地區很可能存在水的固態形式（即冰）的設想。這項研究結果認為，火星表面在早期分布著廣闊的海洋，火星上每平方公裏擁有的水量甚至比地球還多。
美國布朗大學的科學家在英國《自然》雜誌上發表文章說，“火星環球勘探者”探測器仍在圍繞火星飛行，並向地球發回了8000多張高清晰度照片。在對這些照片進行研究後，發現有壹種地形較為光滑。科學家認為，這種地形表明該區域的土層是多孔的土壤裏面滲入了水後結冰、凝固而成的，或者是水混合了冰、塵土和巖石等，在火星表面形成了壹層厚度達90厘米的覆蓋層。在龐大的火星表面，從火星寒冷的南極直到大約南緯60度的很大壹片區域裏都是這樣的含水區。
雖然目前只找到了水分解反應的產物之壹——氫原子，但是這壹發現對於推測火星曾經有過的含水量大有幫助。
研究還表明，早期的火星上有壹個海洋，其深度最深可達1.6千米。由於發生了化學反應，加上小行星和彗星的撞擊，致使火星在過去幾百萬年中逐漸失去了所有的水分。
研究人員認為，水仍然存在於火星土壤深處，或者是處於冰凍狀態。
假如將來可以證實這壹發現，連同其他火星上有水的證據，便會使火星上曾經存在液態水甚至簡單生命的可信度大大提高。假如人類可以進壹步探測出充足的水資源，那麽，人類進行更進壹步的火星考察乃至移居火星都將變得更加容易。