每年火星大约有100次地区性尘暴；全球性的尘暴更是铺天盖地，横扫一切。这样的大尘暴从一个地区开始数天之内席卷全球，尘埃高达几千米，遮天蔽日，漫漫的粉红、黄色尘土笼罩火星达数周时间，甚至更长。
表面干燥而荒凉
火星上有水但肯定不是液态水，不形成水困。极冠是二氧化碳干冰和水汽结晶混合而成，温度在－70℃～－130℃。大气中水汽更加稀少，平均只有大气总量的0．01％。所以说火星上的水少得可怜。
红色是火星典型的颜色
这是因为土壤中含铁量甚高（12％），而地球上土壤含铁低（5％），含铝较高。厚达20米的火星风化层土因含氧化铁而呈红色，并有2米厚的氧化硫，这么厚厚一层“铁锈”般的土壤铺在火星上，火星不红才怪。火星的岩石上也有层红色的火星土，许多岩石有两种颜色：向风的一侧呈淡蓝色，背风的一侧呈土红色，而一半埋在土中的岩石则是白色的。
火星是一片赤红色的干燥荒凉的不毛之地，这又是让人大失所望的地方。
火星的特殊地貌
火星的特殊地貌是地球无法比拟的。
火星有最高大的火山
奥林匹斯火山高大雄伟，它比周围的火星表面平均高度高出25千米，地球上最高的珠穆朗玛峰是8．848千米，要三个珠峰相叠才有奥林匹斯火山那么高。奥林匹斯火山可能是太阳系中最大的火山，从其周围的平原上拔地而起，底部直径有700千米，火山口直径达80千米。地球上不可能存在这么大的山，因为它会被自己的重量压垮。地球上最大的火山在日本，火山口宽27千米，奥林匹斯火山之高大是雄居太阳系火山之冠的。
奥林匹斯火山的年龄仅有2亿年。从地质学观点来看它还年轻，大约每1亿年喷发一次。奥林匹斯火山的山坡由几十亿年的巨大熔岩流形成，它的倾斜度有4°。火星的另外一个阿耳巴火山尽管只有几千米高，但它的底部直径达1600千米，比奥林匹斯山的都要大。由许多年代的撞击陨石坑的计数来判断，阿耳巴火山的年龄可能有40亿年了，它的高度较低可能是由于沉降作用所致。
火星有最壮观的峡谷
水手谷由一系列峡谷组成，长4000千米，宽200千米，从边缘往峡谷底深达6千米，这是人类知道的最深长的峡谷。中心峡谷的最宽点超过了1290千米，深度几乎达7．25千米。美国著名的科罗拉多大峡谷总长150千米，最深处是2千米，简直不能与水手谷相提并论。如果把火星大峡谷搬到中国的话，它可以从拉萨延伸到上海，是长江三陕的24倍长。火星峡谷成为火星上的标志，是地球上能够看到，又真正存在的惟一标志。与地球上的峡谷不同的是，水手大峡谷不是由于河水的长期侵蚀作用造成的，它们是在风和尘埃的应力作用下经过几十亿年的拓展而成形的。
巨大的环形山
到目前为止，至少已有十多艘飞船光顾或降落于火星表面，加上雷达等各种手段的探索，今天人们已有了很详尽的火星表面地形图。火星的南北两半球有很大的差别：北半球比较平坦，间或有些死火山，平均比南半球低4千米左右；而南半球比较古老，环形山很多。由于受到较严重的风化侵蚀，环形山的边缘不锐利，坡度也平缓些。因为火星比月球大得多，所以直径20千米以上的环形山仍有6000多个，其中有190座的直径超过了100千米。
从大小比例及整个特征来看，火星环形山可能有两种完全不同的起因：一是陨石的轰击，一是火星内部火山活动的结果。
南北迥异的星球
火星的最大奥秘之一是，它具有两种区别相当分明、边界颇为清晰的地貌区域：一种是南部布满深坑的高原，其中大部分处在基准高度线以上2000米或更高；另一种是相对平坦而没有深坑的北部低地，其中大部分处在基准高度线以下至少1000米。
高原和低地几乎各占半球，不过，它们只是与火星目前的南北半球大致上吻合。地质学家彼得·卡特摩尔对此解释说：“分开这两种高度不同区域的‘二分线’呈现为一条巨大的曲线，以大约35度的角度弯向火星赤道。”
“低凹的”北半球的地貌都低于基准高度线，其惟一的例外是极乐高原（它完全在北半球范围内）以及萨西斯高原的大部分，这个高原横跨那条二分线。而“隆起的”南半球的地貌则都高于基准高度线，其惟一的例外是水手谷的一部分以及两处并列着的深坑，即阿吉尔深坑和埃拉斯深坑，它们是由彗星或小行星撞击而成的。阿吉尔深坑深3千米，直径为630千米；埃拉斯深坑深5千米，直径为2000千米。
这些深坑连同另一个深坑（伊斯迪斯深坑）是火星上最大的深坑。但是，这颗星球上还有另外一些地区存在深坑，其直径在30千米或更大，其中许多（包括处于南极的一个）都是真正的庞然大物，直径超过200千米。
总的来看，在数万个直径约1千米的较小深坑当中，火星上可以数出的宽于30千米的深坑总数为3305个。这些深坑当中的3068个（占总数的90％）都处在二分线以南，而在二分线以北，却只发现了237个大型深坑。很难解释这种现象的原因。同样奇特的是，没有深坑的那个半球的地面高度，比布满深坑的另一个半球要低得多（大约低几千米）。
正如地质学家罗纳德·格里利所说，火星上高地各半的地形的成因，一直是火星诸多尚未解决的最大难题之一。
惟一能确定的一点是：在火星历史上的某个时刻，火星遭到了一场规模几乎不可想象的大灾难的打击。有些科学家认为，那场大灾难也使火星以前与地球相似的气候和一度十分丰沛的水资源丧失殆尽。
火星上不存在运河
运河，是人工开凿的河流。如果承认火星上有运河，就等于承认火星上有智慧生命存在，这无疑是一个刺激人们兴趣的问题。
在地面上用望远镜观测火星，在一些日子比较有利。地球每隔780天会追赶上火星一次，地球与火星这种近距离相遇在天文上称为“冲”，这时，在天空看到的火星位置正好与太阳相对。不过，火星轨道明显椭扁，而两者最近时为56007万千米，最远时为12000万千米。在最有利观测的冲日叫“大冲”，这时火星离我们最近，观测效果最好。
在19世纪60年代，人们在火星的几次冲日期间，对它进行了大量的观测，画出不少新火星图。
1863年，意大利天文学家赛蒙描绘了彩色的火星图亮区呈黄色稍带粉红，暗区则好像灰中带绿。暗区有宽有窄，最窄处变成细细直线或曲线。也许联想到地球上的大海和海峡，赛蒙把这些又窄又暗的部分称为“水道”。意大利语中“水道”称为Canali。
1877年火星大冲，另一位意大利天文学家斯基帕雷利用一架优异的望远镜观测，看见了40条水道，又长又细，纵横交错，他觉得这些暗线把一些较大的暗区连了起来，记录下来，也像赛蒙一样，称它们为“卡纳利一水道”。人们对此发现表现出极大热情，报道中Canali这个意大利语的词汇被译成了英语，误为Canals。
Canali——运河，这可是非同小可。既然是运河，就像地球上的苏伊士运河、巴拿马运河一样，是人造的，当然火星运河只能是由智慧生物开凿的，人们对此表示出极大的兴趣。认为火星趋于干旱，居民把极冠雪水用以灌溉，修筑庞大运河系统。天文学界一片热闹，有的坚持说发现了更多水道。
最早支持火星上有运河的是法国天文学家弗拉马利翁。1892年他就发表论文，预言火星上存在着智慧生命。而最有影响的当推美国的洛韦耳，他原是波士顿一个富豪，曾在日本和朝鲜担任过外交官，10年外交生活结束后便对政治厌倦起来，于是他自己出资在亚利桑那一个高2400多米的山上建立了他的私人天文台（至今这个天文台仍是研究行星、卫星的权威机构之一）。
洛韦耳热爱天文学。眼科医生曾夸奖过他的眼睛，说洛韦耳的目力是这位医生所检查过的人当中最敏锐的。洛韦耳因此洋洋自得，决心在观测火星中大显身手。在以后的15个春秋中，他对火星做了大量的仔细的观测，拍摄的照片有几千张之多。据此，他精心绘制了大大小小共180多幅“火星运河图”。洛韦耳所描出的运河至少比斯基帕雷利多出3倍！而且他甚至认为，能否看清火星上的那些运河，正是鉴别天文学家观测技能好坏的“试金石”。
洛韦耳还富有写小说的技能，1895年他出版了《火星》一书，后来又陆续写出了《火星和它的运河》（1906年）及《火星，生命的居住地》（1908年）等深有影响的著作。他认为：“火星表面上缺水，智力生物为了生存，就必须努力发展水利设施，这就是火星上有众多运河的原因所在。”
与此同时，很多天文学家却一直抱怀疑态度，坚持说从未看到过运河。
另外，生物学家、物理学家、化学家也从火星不具备居住性出发强烈抨击盛及一时的“运河”说。
一时间科学家们各执己见，长期争论不休。
1965年，当“水手4号”从距离火星表面不到10000千米的地方掠过，发回了22张近距离的火星照片时，这样的争论才趋于平息。照片上的火星荒凉、干燥，丝毫没有运河的迹象。
接着，又有多艘火星探测飞船上天。1969年，“水手6号”和“水手7号”飞临火星，200多张清楚的照片传回地球，还是没有运河的痕迹。“水手9号”在1971年又证实了这一点。1976年夏季，两只宇宙飞船“海盗1号”和“海盗2号”在火星着陆成功。它们看到的是一片荒凉的景象，测到大气中大部分是二氧化碳，火星表面温度极低，曾有过剧烈的火山活动，从沙土的分析实验里，连微生物都没有发现。直到这时，火星运河之争才在确凿的事实面前划上了句号。
1997年美国独立日那天，美国火星探路者号历经7个月的艰苦跋涉之后，登上了火星这片红色的大地。从火星探路者号发回的照片看，阿瑞斯平原几十亿年前曾发生过特大的洪水，那里有洪流冲击堆积起来的鹅卵石，岩石上还有清晰的水痕。再次证明，火星上并没有“运河”，所谓的“运河”其实是火星自然形成的河床。
火星上存在“千沟万壑”的河床
科幻小说家的想象幻灭了。然而，天文学家又面临着新的问题。“水手9号”意外发现，火星上有许多蜿蜒曲折、外貌酷似干涸的河床类的地貌特征。有的延伸几千千米，有分支也有汇合，但其中并没有水。位置与洛厄尔描述的“运河”大相径庭。同时在火星上还发现许多水流侵蚀后的迹象。
什么东西能够造就这样的特征？
科学家认为，只能是流动的液体。而且，惟一可能存在于火星的流动液体就是水；再看干涸河道的位置，大多位于火星的赤道，那里温度最高，最有可能存在过水流。
在现存条件下，水不可能存在于火星上。那里大气压太低，只要有一点水，就会立即沸腾殆尽，或者在低温下冻结起来，像两极地区水冰组成的极冠。那么，水到哪里去了呢？
我们可以推断，也许火星上某些地区的土壤中埋藏了大量冻结的水，就像我们地球极地的冻土地带那样。这里就是水的贮存库。可能是由于火山活动，内热使这些冰或者永久冻土层融化，致使其表层的岩石和尘土向下面水洼地塌陷。这样，地表下已经是液体的水会汹涌而出，发生全火星的洪水泛滥。
也可能出现这种情况：火星上气候发生周期性变化，某些时候，气候寒冷，冻土带安然无恙；另一些时候，气候温和，冻土解冻融水成河流。也许我们观测到的正是火星某一次周期。
究竟哪种情况更符合实际、更正确，不能妄下断论，需要耗费时日和心血去继续探测和研究。然而，河床、极冠，毕竟很可能象征着火星上曾经一度相当温暖，流水充盈。在这段温暖时期内，有可能形成生命。
20世纪70年代，美国海盗号宇宙飞船登陆火星，发现的干涸河床似乎比“水手9号”发现的更多，大气中有水蒸气又支持了关于生命的设想。而且，更具爆炸性的发现还在后面。
空间探测的最新资料表明，火星表面上虽然不存在人们津津乐道过的“运河网”，但确确实实存在着许多奇特而神秘的“河床”。从照片看来，这些干涸了的河床，纵横交叉，主流支流相联，相当于北京到上海的路程，宽也达几十千米。
关于河床的成因，过去有过激烈的争论，但随着1997年“火星探路者”的登陆，已经没有人再怀疑，在几十亿年前，火星上曾发生过巨大的洪水。“探路者”所降落的“战神谷”内，大小巨石都很光滑，重心偏向一边，明显是汹涌无比的洪水造成的。美国科学家形容，其规模相当于“北美洲中部五大湖区的水在两周内全部涌人了墨西哥湾，或者说相当于地中海的水量——每秒100万立方米！”事实上谷内被冲出的沟壑深达96千米，壳也有2．4千米！其场面真叫人惊心动魄。
火星曾经遍地是水
火星上那些伤口般的巨大深坑，其直径都达到30千米或者更大，其中许多都明白无误地显示出一种标记，那就是：它们都是在火星上还存在潮湿温暖气候的时期内形成的。埃拉斯深坑、伊斯迪斯深坑和阿吉尔深坑尤其显现出了一些低矮的隐约边缘以及平坦的地面。
一些权威人士把它们看作一种地质构造的证据，证明当时的火星上仍然存在浓厚的大气、迅速的水土侵蚀以及比现在更强的磁场。同样，受水土侵蚀的影响，地球上那些大型深坑也可能是在几百年里逐渐与周围地貌混为一体的景观。实际上，它们已经几乎无法被辨认出来了。
火星上的另一些深坑，其直径一般都是30～45千米。深坑中央的山峰，和巨型石笋大致相仿，顶部凹陷。罗纳德·格里利认为，对它们最正确的解释是：它们是一些“由大量泄水造成的”深坑。他还认为，造成大量泄水的原因，可能是火星上的水或者气候，或者两者兼而有之。
贾伊·梅罗什和安·威克瑞曾经计算出：“火星可能曾经有过原始大气层，其气压和今天的地球相同。与此相应，火星表面的温度也曾经比现在高得多，在冰的融点以上。”
他们的研究结果暗示出的是：由于小行星反复撞击火星，火星的大气层被扯掉了——“因为火星的引力非常弱，一次重大撞击产生的、不断扩展的蒸气云，很容易把它邻近地区的大气刮进太空。”
火星曾经存在过更温暖、更潮湿气候的具体证据是：美国宇航局研究过一块火星陨石，证明它确实包含着几毫克的液态水——这一小滴水现在被装在一个密封的玻璃小瓶里以供展示。
不仅如此，根据计算，“目前的火星地表200米以下还可能存在着封冻的地表水。”甚至还有迹象暗示，在火星内部足够的深度上，在接近熔岩浆的内部几层里，还可能存在着地下热泉。从理论上说，这些热泉可能把极热的水蒸气排出到火星表面。