火卫二是火星两颗已知天然卫星中更小、轨道更外侧的一颗。它形状不规则，约为15×12×11千米，尺寸太小，无法靠自身引力塑造成接近球形。1877年8月，美国天文学家阿萨夫·霍尔在发现火卫一后不久发现火卫二；英文名Deimos取自希腊神话中与战神阿瑞斯同行的“恐惧”化身。
火卫二距火星中心平均约23,460千米，约30.3小时绕火星一周。这个周期比火星自转周期稍长，所以从火星表面看，它会在东方升起并缓慢向西移动，与轨道更低、运动更快的火卫一表现相反。它的轨道接近圆形，也靠近火星赤道面；实时距离仍会随轨道位置略有变化。
航天器图像显示，火卫二整体颜色暗而略偏红，反射率很低。它同样布满撞击坑，但外观比火卫一平滑：厚层松散月壤会填平或软化较老撞击坑的边缘，只让较新的坑保持鲜明轮廓。最大的两个命名撞击坑是Swift和Voltaire，名称纪念在火星卫星发现前曾在文学中想象火星有两颗卫星的作家。
火卫二和火卫一都曾因暗色表面和不规则形状而被解释为捕获的小行星，但它们近圆、近赤道的轨道又需要有效的能量耗散过程。另一类模型认为，两颗卫星可能来自早期火星巨大撞击产生的碎屑盘。现有遥感资料尚不能唯一判定两种路径，成分相似并不等同于形成历史相同。
多项火星任务曾从远处拍摄火卫二，包括海盗号、火星全球勘测者和火星勘测轨道器等。由于它体积小、重力弱，表面物质容易受撞击抛射和太空风化影响，精确密度、孔隙率与内部结构仍难从遥感单独确定。未来对火星卫星的近距离成分研究将帮助区分捕获与撞击形成方案。
火卫二本身没有可维持的浓厚大气，也没有已知全球磁场。它对研究小天体表面演化、火星早期撞击史和弱重力环境具有价值。若其物质保留了外来小行星成分，它可记录原始太阳系物质；若来自火星碎屑，则可能保存火星地壳或地幔的成分线索。两种科学意义都依赖起源最终如何被确认。
从地球直接分辨火卫二非常困难，因为它既小又紧邻明亮的火星，通常属于大型专业望远镜或航天器的观测目标。档案中的平均距离、周期和尺寸采用NASA与JPL基准值；不规则天体不存在唯一“直径”，不同资料可能报告三轴尺寸或等效直径，不能把这些表示方式之间的小差异误当成真实变化。