火星是从太阳向外数的第四颗行星，也是一颗由岩石地壳、地幔和金属核心构成的类地行星。铁质矿物在表层和尘埃中氧化，使它从远处呈红色。古罗马人因此以战神马尔斯为其命名，其他文明也常围绕红色外观命名；中文“火星”同样来自传统五行星体系，而非现代天文学发现。
JPL参数表给出火星平均半径3,389.50千米、质量约6.41691×10²³千克，表面重力约为地球的38%。它距太阳平均约2.28亿千米，即1.5天文单位。火星自转一周约24.6小时，一个太阳日称为“火星日”或sol；绕太阳一周约687个地球日。约25度的自转轴倾角使它也有季节，但椭圆轨道让各季长度并不相等。
今天的火星寒冷而干燥，大气主要由二氧化碳组成，并含氮和氩，地表气压远低于地球。稀薄大气难以长期维持表面液态水，也不能充分阻挡小天体和高能辐射。火星没有全球性磁场，但南半球古老地壳保留强磁化区，说明它早期可能拥有内部发电机。太阳风与上层大气相互作用仍在造成粒子逃逸。
火星地表包含太阳系最壮观的地形之一。水手峡谷长约3,870千米，最深处可达约9.3千米；奥林帕斯山从基底到顶部超过40千米，是巨大的盾状火山。火山、撞击、地壳运动、风蚀和全球性沙尘活动共同改造表面，而南北高差与不同年龄地层记录了复杂的内部和气候演化。
轨道器和巡视器已在火星发现古河谷网、三角洲、湖床及必须在液态水参与下形成的矿物，说明数十亿年前的环境比今天更温暖湿润。如今水主要以极冠和浅层地下冰形式存在。有关季节性斜坡条纹是否涉及液态盐水的解释仍有争论，因此档案不把它们列为已确认的当代表面流水。
火星有两颗小卫星：火卫一Phobos与火卫二Deimos。它们形状不规则，来源仍未完全确定；“被捕获的小行星”是常见假说，但并非唯一方案。火卫一正在缓慢向火星靠近，长期可能解体或撞击。多国航天器已在轨道和地面持续探索火星，使它成为除地球外研究最深入的行星之一。
火星科学的重要目标包括重建大气流失和水循环历史、判断古环境是否曾适合生命，以及为未来样品研究和载人任务评估资源与风险。肉眼可见时它呈橙红色亮点，望远镜观测效果强烈依赖地火距离、视宁度和沙尘状态；极冠和主要反照率特征通常需要合适冲日前后的较大视直径，不能保证每次观测都能分辨。