Un ambitieux robot mobile de nouvelle génération se promènera sur Mars pendant au moins deux ans, un record de longévité sur la planète rouge. Le rover permettra de déterminer si Mars a déjà pu ou peut encore abriter une vie microbienne. MSL pavera la voie à une mission dans l’avenir qui rapportera des échantillons de Mars.

C'est au cours de la mission de l'atterrisseur martien Phoenix que la région arctique de Mars a été explorée pour la première fois à partir de la surface même de la planète. Phoenix s'est posé à proximité de la calotte polaire de l'hémisphère Nord, dans une région appelée Vastitas Borealis, où il a continué de fonctionner avec succès pendant plus de cinq mois (ce qui bien au-delà de sa durée de vie prévue de 90 jours).

La mission Phoenix a marqué une première pour le Canada. Il s'agissait en fait de la première fois que le Canada, en tant que nation, se posait à la surface de Mars. Le Canada a contribué au module Phoenix une station météorologique qui enregistrait les données météo quotidiennes au site d'atterrissage. Ses instruments ont mesuré la température et la pression sur Mars et ont sondé les nuages, le brouillard et la poussière dans la basse atmosphère martienne. Et plus particulièrement, la station a permis de confirmer qu'il neige sur Mars en détectant des flocons de neige tombant dans l’atmosphère de Mars.

Lancé à partir de Cap Canaveral en 2005, MRO se concentre sur la recherche d'indices indiquant la présence d'eau sur des sites repérés lors de missions passées.

Ces robots mobiles de la NASA, se sont tous les deux posés avec succès sur la planète rouge au début de 2004. Les deux ont fait d’importantes découvertes concernant les environnements humides plus tôt dans l’évolution de la planète rouge – milieux pouvant possiblement abriter la vie microbienne. Conçu avec une espérance de vie d’environ 3 mois, et une capacité de voyager d’environ un kilomètre, Spirit a fonctionné pendant plus de 6 ans, a couvert 7.7 kilomètres et a transmis plus de 124 000 images de Mars avant de perdre les communications avec la Terre. Opportunity continue à faire des recherches scientifiques à partir de la région Meridiani Planum près de l’équateur de Mars. Opportunity a voyagé sur un total de 33,5 kilomètres depuis son arrivée sur Mars.

Mars Express, une sonde européenne, a atteint Mars en décembre 2003. Sa mission initiale était d’une durée d’une année martienne, soit 687 jours terrestres, en vue de récolter des données sur l'atmosphère de Mars et les interactions avec les vents solaires puis de produire des images de la surface. L’Agence spatiale européenne a décidé ensuite de prolonger la mission. Aujourd’hui (en 2011), la sonde continue à fournir des images captivantes de Mars, et agit aussi comme un relais de communications entre la Terre et le rover Opportunity de la NASA. Mars Express transportait à son bord un atterrisseur nommé Beagle 2, mais le contact avec ce dernier a été perdu au moment de son entrée dans l'atmosphère martienne.

La sonde Mars Odyssey détient le record pour les plus nombreuses années de service de la part d’un véhicule spatial envoyé sur Mars. Lancé par la NASA, le satellite est toujours en orbite autour de Mars et contribue à l'étude des composantes chimiques et minérales présentes sur la surface de la planète. Mars Odyssey permet aussi d’en savoir davantage sur les variations saisonnières de Mars d’une année à l'autre, et a produit les cartes les plus détaillées de la surface de la planète rouge.

La première participation du Canada à une mission vers une autre planète a eu lieu dans le cadre du projet Nozomi qui a marqué le début d'une nouvelle ère pour l'exploration spatiale canadienne. Ce satellite japonais lancé le 3 juillet 1998 transportait un instrument canadien, l'analyseur de plasma thermique (TPA), destiné à étudier l'atmosphère martienne et son interaction avec le vent solaire. Le parcours du satellite a été ponctué d'incidents inattendus, et le 10 décembre 2003, le Japon a annoncé officiellement son incapacité de placer Nozomi en orbite autour de Mars. Malgré l'annulation de cette mission, un nouveau pas a pu être franchi grâce aux données qui ont été recueillies pendant le voyage du satellite vers cette planète. De plus, la technologie TPA peut aussi être utilisée pour l'étude d'autres atmosphères planétaires, comme celles de Vénus et de la Terre.