Marte ha un'atmosfera che, come quella terrestre, giunge a qualche centinaio di km di altezza. Si tratta tuttavia di un'atmosfera più rarefatta di quella della Terra. Al livello del suolo è pari a 10-2 circa di quella terrestre.
L'attuale composizione chimica comprende anidride carbonica (95,3%), azoto (2,7%), argo (1,6%) e altri gas (ossigeno, ossido di carbonio e vapore acqueo) in quantità minori.
In seguito ai voli esplorativi Viking si è appurato che l'ossigeno atmosferico deve essere esistito in quantità maggiori di quelle che si rivelano oggi,e, nel documento NASA EP-146 ("Viking") si legge che "l'atmosfera di Marte è più simile a quella della Terra più di quanto la sola composizione chimica ci suggerirebbe".
Alcuni composti chimici presentano delle somiglianze interessanti con i corrispettivi presenti sulla Terra. Così i valori per Carbonio 13 al Carbonio 12 è 1:189 sia sulla Terra che su Marte. Le combinazioni d'Azoto (N 15 e N 14) sono leggermente differenti: 1:56 su Marte e 1:27 sulla Terra. Il rapporto dell'Ossigeno 18 all'Ossigeno 16 è 1:500 su entrambi i pianeti.
La pressione atmosferica alla superficie è dell'ordine del centesimo di quella terrestre, ponendo 1 come valore della pressione alla superficie della Terra, su Marte il valore è 0,0763 barie. Sembra inoltre che la pressione vari nel corso della giornata, risultando di circa 0,1 millibar più alta intorno alle due del mattino e di circa 0,1 millibar più bassa intorno alle 4 del pomeriggio. La pressione alla superficie di Marte corrisponde all'incirca a quella che esiste a 16.000 metri di altezza sulla Terra. Un uomo che pesi 75 kg sulla Terra, su Marte ne pesa 28,5.