火星被中国古代天文学家们称为“荧惑(fire star)”，现今的科学家们被这颗红色的行星深深吸引着。即使已经有几十个探测器已被送往火星，但我们对于那个世界仍有许多未知之处。以下是一些有关于火星尚未解开的大奥秘。
1. 为什么火星有两副面孔?
科学家们几十年来一直对于火星两端的景观百思不得其解。北半球较光滑和低平，这是在太阳系中最平坦、光滑的地方之一，可能是由曾经流过火星表面的水造成的。
而南半部火星表面是粗糙的并布满了陨石坑，而且海拔约比北部高2.5英里至5英里(4公里至8公里)。最近的证据指出，火星北部和南部的两半之间的巨大差异是在很久以前一颗巨大陨石撞击火星造成的。
2. 火星上的甲烷如何来的?
不过还有一些产生甲烷的方法没有牵涉生命，例如火山活动。欧洲太空总署的ExoMars探测船预计在2016年发射，目的是要研究火星的大气中的组成，以更了解这甲烷。
3. 液态水现在是否在火星表面上流淌着呢?
虽然大量的证据表明液态水曾经在火星的表面上流动过，但液态水在现在是否还是偶尔会在红色星球表面上流动，仍然是一个悬而未决的问题。
火星上的大气压力较低，约只有地球的1/100，这要使得液体水停留在表面上而言太低了。
然而，火星的山坡上可以看见一些深色、狭窄的线条，暗示着每年春天盐水可能沿着这些线条流下来。
4. 火星上有海洋吗?
然而，目前火星早期气候的模型无法解释这么温暖的温度为什么曾经会存在，因为太阳在过去比较弱，导致一些人猜想这些特征是否是因为风或其他机制而造成的。
不过，有证据指出古代火星的温度足以支持液态水在至少一个地点存在的。
其他调查结果暗示，古代火星是寒冷而潮湿的，不是像我们经常争论的寒冷干燥或是温暖潮湿。