火星，是离太阳第四近的行星，也是太阳系中仅次于水星的第二小的行星，为太阳系里四颗类地行星之一，古汉语中则因为它荧荧如火，位置、亮度时常变动让人无法捉摸而称之为荧惑。其橘红色外表是因为地表被赤铁矿（氧化铁）覆盖，火星的直径约为地球的一半，自转轴倾角、自转周期则与地球相近，但公转周期是地球的两倍。火星亮度最高可达-2.9等，但在大部分时间里比木星暗。火星大气以二氧化碳为主，既稀薄又寒冷，遍布撞击坑、峡谷、沙丘和砾石，没有稳定的液态水，南半球是古老、充满撞击坑的高地，北半球则是较年轻的低地平原。火星上有太阳系已知最大的山奥林帕斯山，最大的峡谷水手号峡谷。

火星有两个天然卫星：火卫一和火卫二，形状不规则，可能是捕获的小行星。火星有四艘在轨运行的探测器，分别是火星奥德赛号、火星快车号和火星全球勘测者号以及MAVEN火星探测器，表面还有许多火星车和着陆器，好奇号、洞察号，以及结束任务的火星探路者号、凤凰号、勇气号和机遇号等等。根据观测的证据，火星以前可能覆盖大面积的水，也观察到类似地下水涌出的现象，南极冰冠有部分退缩，雷达数据显示两极和中纬度地表下存在大量的水冰。

火星自转轴倾角为25.19度，和地球的相近，因此也有四季，只是季节长度约为两倍。由于火星轨道离心率大约为0.093（地球只有0.017），使各季节长度不一致，又因远日点接近北半球夏至，北半球春夏比秋冬各长约40天。2009年10月26日为北半球春分，2010年5月13日为夏至，北半球处春季。

火星轨道和地球的一样，受太阳系其他天体影响而不断变动。轨道离心率有两个变化周期，分别是9.6万年和210万年，于0.002至0.12间变化；而地球的是10万年和41.3万年等，于0.005至0.058间变化（见米兰科维奇循环），火星与地球最短距离正慢慢减小。至于自转轴倾角，火星是25.19度，但可由13度至40度间变化周期一千多万年，不像地球的稳定处于22.1和24.5度间，是因为火星没有如月球般的巨大卫星来维持自转轴。也因没有大卫星的潮汐作用，火星自转周期变化小，不像地球的会被慢慢拉长，因此现今两行星的自转周期相近只是暂时现象。

近距地球离约为5500万公里，最远距离则超过4亿公里。两者之间的近距离接触大约每15年出现一次。1988年火星和地球的距离曾经达到约5880万公里，而在2018年两者之间的距离将达到5760万公里。但在2003年的8月27日火星与地球的距离仅为约5576万公里，是6万年来最近的一次。不过据天文学家推算，在从公元1600年到2400年这800年间，火星与地球的近距离只能排在第三位。根据推算结果，到2366年9月2日，两者之间的距离将为约5571万公里。而到2287年8月28日，两者将更为接近，距离为约5569万公里。一般来说，火星和地球距离近的年份是最适合登陆火星和在地面对火星观测的时机。

火星有两个天然卫星：火卫一，和火卫二，形状不规则，可能是捕获的小行星。火卫一（Phobos，英语发音“FOH bus”中译：福博斯）呈土豆形状，一日围绕火星3圈，距火星平均距离约9378公里。它是火星的两颗卫星中较大也是离火星较近的一颗。火卫一与火星之间的距离也是太阳系中所有的卫星与其主星的距离中最短的，从火星表面算起只有6000千米。它是太阳系中最小的卫星之一，也是太阳系中反射率最低的天体之一。火卫一上有一个巨大的撞击坑，叫斯蒂克尼撞击坑，由于轨道离火星很近，火卫一的转动快于火星的自转。因此从火星表面看火卫一从西边升起，在4小时15分钟或更短的时间内划过天空在东边落山。由于轨道周期短以及潮汐力的作用火卫一的轨道半径在逐渐变小，最终它将撞到火星表面，或者破碎形成火星环。

火星的轨道是椭圆形。因此，在接受太阳照射的地方，近日点和远日点之间的温差将近160摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响。火星上的平均温度大约为218K（开尔文，温度单位，即从绝对零度-273.15℃开始的摄氏度）（-55℃，-67℉），但却具有从冬天的140K（-133℃，-207℉）到夏日白天的将近300K（27℃，80℉）的跨度。尽管火星比地球小得多，但它的表面积却相当于地球表面的陆地面积。

火星上可能曾有过海洋，但是在地质历史上仅存在过一瞬间，这一分析让这颗红色星球上曾存在生命的观点受到挫折。2014年4月19日，科学家发现火星内部存在庞大的水资源，酷似巨型“地下水库”，在某些地方的水资源储量甚至与地球内部相当。这个发现可能颠覆了之前科学家对火星的研究，因为科学家曾经估计火星内部的水资源相当贫乏。专家称：“我们对之前的研究感到困惑，因为现阶段的发现意味着以往对火星内部环境的认识存在错误，认为火星内部并不存在如此大量的‘水资源’。”此外，火星内部的大量“水资源”应该如何渗透进入火星表面的呢。研究人员认为火山是一个主要通道，可以将内部的“水资源”转移到火星表面。科学家研究了两颗火星陨石，它们形成于火星的地幔中，其位于火星地壳下方。这些陨石之所以能在大约250万年前坠落到地球上，是因为火星曾经发生过一次猛烈的撞击事件。

火星的大气密度只有地球的大约1%，非常干燥，温度低，表面平均温度零下55℃，水和二氧化碳易冻结。在火星的早期，它与地球十分相似。像地球一样，火星上几乎所有的二氧化碳都被转化为含碳的岩石。但由于缺少地球的板块运动，火星无法使二氧化碳再次循环到它的大气中，从而无法产生意义重大的温室效应。因此，即使把它拉到与地球距太阳同等距离的位置，火星表面的温度仍比地球上的冷得多。

火星的两极永久地被固态二氧化碳（干冰）覆盖着。这个冰罩的结构是层叠式的，它是由冰层与变化着的二氧化碳层轮流叠加而成。在北部的夏天，二氧化碳完全升华，留下剩余的冰水层。火星的内部情况只是依靠它的表面情况资料和有关的大量数据来推断的。一般认为它的核心是半径为1700千米的高密度物质组成；外包一层熔岩。

火星是太阳系由内往外数的第四颗行星，直径约是地球的一半，体积为15%，质量为11%，表面积相当于地球陆地面积，密度则比其他三颗类地行星（水星、金星、地球）还要小很多。以半径、质量和表面重力说，火星约介于地球和月球中间；火星直径约为月球的两倍、地球一半；质量约为月球九倍、地球的1/9，表面重力约为月球的2.5倍、地球的2/5。

火星和地球一样拥有多样的地形，有高山、平原和峡谷，火星基本上是沙漠行星，地表沙丘、砾石遍布。由于重力较小等因素，地形尺寸与地球相比亦有不同的地方。南北半球的地形有着强烈的对比：北方是被熔岩填平的低原，南方则是充满陨石坑的古老高地，而两者之间以明显的斜坡分隔；火山地形穿插其中，众多峡谷亦分布各地，南北极则有以干冰（固态的二氧化碳）和水冰组成的极冠，风成沙丘亦广布整个星球。