火卫一是火星两颗天然卫星中较大、也更靠近火星的一颗，英文名Phobos来自希腊神话中的“恐惧”。美国天文学家阿萨夫·霍尔在1877年发现火卫一和火卫二，名称取自战神阿瑞斯的伴随者。火卫一的正式卫星编号为Mars I，但日常和科研文献通常直接使用Phobos。
NASA给出的三轴尺寸约27×22×18千米，质量和引力不足以把自身塑造成球体。它表面覆盖深色松散月壤，最大地貌是直径约9千米的斯蒂克尼撞击坑，名称纪念发现者的妻子、数学家安吉琳·斯蒂克尼·霍尔。大量沟槽和撞击坑记录复杂的表面演化。
火卫一距火星表面平均约6000千米，每7小时39分左右绕行一周，速度快于火星自转，因此从火星表面看会从西方升起、向东方落下。它已被潮汐锁定，同一面大体朝向火星。轨道位于同步轨道内侧，潮汐作用使其每世纪约靠近火星1.8米。
按当前趋势，NASA估计火卫一在约5000万年内可能撞向火星，或先被潮汐撕裂形成环。具体时间取决于内部强度、孔隙和潮汐演化模型，并不是精确倒计时。其低密度与高孔隙率提示内部可能是碎石堆或含大量空隙的混合体，但内部结构尚未被直接钻探。
火卫一的来源仍有争议。暗色和部分光谱性质类似富碳原始小行星，支持捕获设想；但近圆、近赤道轨道难以由简单捕获形成。另一类模型认为巨大撞击在火星周围产生碎屑盘，卫星由盘中重新聚集。两种方案都要同时解释轨道、组成和内部结构。
2026年火星快车OMEGA研究显示，红色、过渡和蓝色三类地表的红外—可见光反照率比都落入原始小行星参数范围，其中红色和过渡区接近D型、T型及木星特洛伊群的高比值区域。这证明光谱相容，但单一比值仍不能确认捕获起源。
多次火星任务已近距离成像和测量火卫一。JAXA的MMX任务计划采集并返回火卫一样品，样品矿物、同位素和颗粒结构有望直接检验起源。火卫一从地球难以用普通设备观测，且紧邻明亮火星；档案中的轨道、温度与衰减率是长期近似，实时位置应查专业星历。