Les photographies prises lors du survol de la sonde Mariner 4 en 1965 montrèrent une planète aride sans aucun signe de rivière, d'océan, ou de vie. Elles révélèrent cependant, sur la partie photographiée, que la surface était couverte de cratères, indiquant une inactivité tectonique et météorologique depuis quatre millions d'années. La sonde montra en plus l'absence de magnétosphère qui aurait protégé la planète des rayons cosmiques hostiles à la vie. La sonde fut capable de mesurer la pression atmosphérique de la planète qui est d'environ 0,6 kPa (101,3 kPa pour la Terre). L'eau ne peut pas être liquide dans de telles conditions de température et de pression. Depuis Mariner 4, la recherche de vie sur Mars se traduit par la recherche d'organismes vivants simples, semblables aux bactéries, plutôt que d'organismes multicellulaires, pour lesquels l'environnement serait trop hostile.
Pas d'autre sonde martienne depuis que Viking a cherché des signes de vie dans le régolithe martien. Les missions récentes de la NASA ont mis l'accent sur une autre question : Est-ce que Mars a connu des lacs ou des océans d'eau liquide à sa surface dans un lointain passé ? Les scientifiques ont trouvé de l'hématite, un minéral qui se forme en présence d'eau. Beaucoup de scientifiques ont longtemps tenu cette présence comme allant presque de soi sur la base des divers reliefs géologiques de la planète, mais d'autres ont proposé différentes explications, l'érosion éolienne, des océans d'oxygène, etc. Ainsi, la mission du Mars Exploration Rovers de 2004 n'a pas été la recherche de la vie présente ou passée, mais les preuves d'eau liquide à la surface de Mars dans l'antique passé de la planète.
En juin 2000, la preuve de cours d'eau sous la surface de Mars a été découverte sous la forme de ravines. Des réserves d'eau liquide à grande profondeur, près du noyau de planète pourraient constituer aujourd'hui l'habitat de la vie. Toutefois, en mars 2006, les astronomes ont annoncé la découverte des ravines similaires sur la Lune, qui ne semble jamais avoir eu de l'eau liquide à sa surface. Les astronomes suggèrent que les ravines pourraient être le résultat d'impacts de micrométéorites.
En mars 2004, la NASA a annoncé que son robot Opportunity avait découvert des preuves que la planète Mars a été, dans un passé lointain, une planète humide. Cela a suscité l'espoir que la preuve de vie dans le passé pourrait être trouvée sur la planète aujourd'hui.
En décembre 2006, la NASA a montré des images prises par la sonde Mars Global Surveyor qui ont suggéré que de l'eau jaillissait de temps en temps à la surface de Mars. Les images ne montrent pas de l'eau ruisselante. Au contraire, elles ont montré des changements dans les cratères et les dépôts de sédiments, en fournissant des éléments de preuve encore plus forts que de l'eau avait ruisselé à travers eux pas plus tard que, il y a plusieurs années, et pourrait peut-être le faire encore aujourd'hui. Certains chercheurs sont sceptiques sur l'action d'eau liquide dans l'évolution de la surface vue par la sonde. Ils ont dit que d'autres matériaux comme le sable ou la poussière peuvent circuler comme un liquide et de produire des résultats similaires.
Une récente analyse du grès de Mars, en utilisant les données obtenues à partir de spectrométrie en l'orbite, suggère que les eaux qui existaient auparavant sur la surface de Mars auraient eu une trop grande salinité pour subvenir à la plupart des formes de vie terrestres. Tosca et al. ont constaté que l'eau martienne dans les lieux qu'ils avaient étudiés avait une activité de l'eau, aw ≤ 0,78 à 0,86 -un niveau fatal à la plupart de la vie terrestre. L'haloarchaea, cependant, est capable de vivre dans des solutions hypersalines, jusqu'au point de saturation.
Le Phoenix Mars Lander de la NASA, qui a atterri dans la plaine arctique de Mars en mai 2008, a confirmé la présence de glace d'eau près de la surface. Cela a été confirmé lorsque des matériaux brillants, exposés par le creusement du bras de la sonde, se sont vaporisé et ont disparu en 3 à 4 jours. Cela a été expliqué par de la glace sous la surface, exposée par le creusement, qui a sublimé par l'exposition à l'atmosphère.