后来美国宇航局的水手9号等轨道飞船，把更多有关火星大气的数据发回地球，并拍摄了火星的地表图片，展示了这颗红色行星的地表特征，给这个奇特且距离我们非常遥远的世界拍摄了很多图片。这些任务揭开了一些火星之谜，例如证明了这颗行星上所谓存在古代文明的火星运河，其实是自然形成的沟渠。不过这些任务也引出了一些新问题，例如古代天然河床是否说明这颗红色行星上曾存在液态水。
海盗1号和海盗2号登陆器于1976年抵达火星。直到1982年底，这两艘长寿飞船仍在继续向地球发送数据。它们拍摄的火星地表照片，公众看后大为震惊，科学家看后感到异常兴奋。该任务的登陆器还实施了火星土壤生物学试验，其目的是在太空寻找生命迹象，然而，虽然这项研究结果非常撩人，但并未得出最终结论。
1996年发射的火星探路者(Mars Pathfinder)号飞船证明可自由运动的火星车在火星表面着陆是可行的。“索杰纳(Sojourner)”火星车发回了大量科学数据，其中包括图片、气象观测资料和土壤化学分析数据。
美国宇航局的"火星全球勘探者( Mars Global Surveyor)”火星探测卫星自1999年开始围绕这颗行星运行，扫描火星的整个表面，并对它进行研究。这项长期任务已经让人们更好地了解了火星的季节变化和多变的天气，其中包括尘暴。也许最着名的火星任务是“火星探测漫游者(MER)”——“勇气”号和“机遇”号火星车。2004年1月，这两个火星车分别抵达火星两侧，它们对这颗红色行星进行探索的范围比以往任何任务都要大。
