Doordat Mars zich ver van de zon bevindt, ontvangt deze planeet minder zonneenergie dan de aarde. Daarnaast, is het broeikaseffect aan zijn oppervlakte minder belangrijk. Zijn gemiddelde jaarlijkse temperatuur bedraagt -53°C (+14°C op de Aarde). Deze kan variëren tussen -125°C en +23°C. De planeet kent onder andere dagelijkse thermische afwijkingen. Deze kunnen verklaard worden door de afwezigheid van oceanen en door de fijne atmosfeer. Op Mars is de verticale variatie in de temperatuur zeer belangrijk: een mens zou een verschil van zo'n twintig graden kunnen voelen tussen zijn hoofd en voeten.

Een eigenaardigheid van de atmosfeer van Mars is zijn uitwisseling van materie met de poolkappen. Deze kappen zijn samengesteld uit ijs, maar zijn in de winter bedekt met een laag koolstofdioxide (CO2). De grootte van deze kappen varieert dus seizoensgebonden. Hun groei (in de winter) is te wijten aan de condensatie (overgang van een toestand van gas naar een vaste toestand) van atmosferische CO2 en hun krimping (in de zomer) is te wijten aan de sublimatie (overgang van een vaste toestand naat een toestand van gas); de CO2 keert terug in de atmosfeer.