NASA在上世纪六十年代发射的“水手4号”成为首个进入火星轨道的探测器，传回22张火星照片让人们看到了火星表面的真实样子，但火星荒凉且布满陨石坑的地貌也彻底打破了人类对于“火星文明”的幻想，不过也证实了火星表面确实有河流和湖泊的痕迹，这更激起了人类解开火星神秘面纱的愿望。
随后1971年NASA又发射了“水手9号”成为首枚环火星运行的探测器，这枚探测器在火星轨道上传回了7329张火星照片，这些并不清晰的黑白图像显示了火星表面沟壑纵横的河床和巨大的火山口，其中火星上最瞩目的水手峡谷就是由“水手9号”发现的，也首次拍摄到了火卫一和火卫二的照片，一系列发现让人们把目光从当时火热的登月逐渐转向了火星。
NASA在1975年发射的“海盗1号”和“海盗2号”先后都成功进入了预定火星轨道，科学家尝试在探测器上携带能降落到火星表面的着陆器，也为后来的火星车登陆提供了许多技术上的数据，其中“海盗1号”拍到了让全世界震惊的“火星之脸”，因此人们认为火星上的运河就是存在过文明的证据之一。
同时海盗1号投放的登陆器也成功降落在火星表面，让人们看到了首张彩色的火星地面图像，此时也正值火星的夏季，登陆器还拍到了火星太阳落山时的阳光照到红土上的图像，根据对土壤的样本分析发现火星土壤中含有大量褐铁矿，这种矿物是由水在氧化环境下形成的产物也是造成土壤发红的原因，也证实了火星在远古时期是一个有水和氧气的行星。
NASA为了更好绘制火星全球地貌，在1996年又发射了全球探勘者号（MGS）轨道卫星，这颗火星轨道卫星携带了MOC相机能在高空拍摄出更清晰的图像，而且能更加清晰地显示出河床和一些陨石坑里的细节，火星全球探勘者号还在火星表面发现了液态水存在的痕迹，一直运行到2006年因太阳能面板故障而失联。
为了从火星地表中找到生命存在的痕迹，NASA在1997年发射了首辆可以移动的火星车——旅居者号，这也是人类首个在外星球上自由行动的探测器，虽然这辆重达10.5公斤的火星车在三个月里只行进了100米，但它使用的降落方式和探测器结构一直延用到现在。
欧洲航天局也在2003年发射了火星轨道卫星“火星快车”和登陆器“小猎犬2号”，其中“火星快车”顺利进入轨道并一直运行到现在，而“小猎犬2号”登陆器在投放后就直接失联了，具体原因至今还没结论，而正常运行的“火星快车”拍摄了大量的火星照片，并且在火星两极地区还发现了含水量巨大的冰湖，解决了未来人类登陆火星的水源问题。
在旅居者号成功的前提下，NASA在2004年发射了两辆相同的火星车“勇气号”和“机遇号”，许多照片显示火星上有大量河流冲刷的痕迹，火星车的目标就是在陨石坑的土层中找到水，两辆原本只运行90天的火星车分别在2011年和2018年因车轮被卡住和被沙尘暴覆盖而失联，其间传回了数万张火星地表照片证实了火星表面曾长期存在水。
为了弥补火星车较弱的挖掘能力，NASA专门设计了不能移动的“凤凰号”以及后来外表相同的“洞察号”，这种火星车携带有较强的挖掘探头只能探索着陆点的土壤样本，“凤凰号”就在着陆点地的土壤中挖出了冰，而“洞察号”在着陆后多次钻探受阻，导致工作开展十分缓慢，不过依然检测到火星的内部有地质活动的震动。
而NASA在2005年发射的火星勘测轨道飞行器（MRO）则携带了高分辨率相机，由于拍摄的效果能精确到0.3米，我们目前看到的火星高空图像大多来自这枚轨道飞行器，能清晰地体现出火星上各种不同的地貌情况，而且还检测到火星大气在进入夏季时出现甲烷和氧气增加的情况，根据这些信息科学家分析认为火星地表下依旧有生物在活动。
目前在火星上能移动的火星车只剩下“好奇号”，这辆高科技满满的火星车在2012年着陆后一直正常运行到现在，虽然已经严重超出设计运行的上限，但除了车轮有磨损和电池功率下降以外，“好奇号”身上的主要设备基本运行正常，车身900公斤的重量也是人类进行远程投放的最重物体，当然“好奇号”也不负众望完成了许多重要任务，传回了数万张照片中发现了许多充满争议的事物，也是人们坚信火星上曾出现过生命的原因。
2020年是一个火星探索的最佳时期，除了欧空局和俄罗期共同研制的探测器宣布延期，目前已经有阿联酋的“希望号”探测器成功发射，而中国的“天问一号”和NASA的“毅力号”也在进行最后的升空准备，未来火星探索将进入多枚探测器共存的新时代，这一切将为以后载人登陆火星提供更多的数据资料。
人类从上世纪探索火星开始，关于火星上是否有生命的争论就从没停止过，如今有更多的探测器将出现在火星上，是否能找到火星上的生命或者智慧文明的痕迹呢？
