در دهه 1960 فضاپیمای روباتی که به مریخ فرستاده شد، به مشاهده جزء به جزء مریخ پرداخت. ایالات متحده در سال 1964 مارینر4 و در سال 1969 مارینرهای 6 و 7 را به مریخ فرستاد. به این ترتیب تصاویری به دست آمد که نشان می داد مریخ کره ای با حفره هایی مثل حفره های ماه است. هیچ نوع علایمی از وجود آب یا زندگی هم در مریخ یافت نشد.
دوربینی در بالای بدنه مریخ نورد اسپیریت (روح) نصب شده بود. این مریخ نورد در سال 2004 روی مریخ نشست. (عکس از ناسا)
در سال 1971 مارینر9 به دور مریخ گشت و از حدود 80 درصد آن نقشه برداری کرد. به این ترتیب اولین اکتشافات از آتشفشان ها و دره های تنگ مریخ انجام گرفت. مرینر9 همچنین اشکالی را که به نظر می رسید بسترهای خشک رودخانه ها باشند پیدا کرد.
مأموریت بعدی به مریخ به وسیله فضاپیمای وایکینگ انجام شد که به وسیله ایالات متحده آمریکا در سال 1975 به مریخ فرستاده شد. هدف این مأموریت جست وجوی حیات در مریخ بود. به این ترتیب اولین تصاویر از نزدیک از سطح مریخ گرفته شد و از خاک مریخ نمونه برداری شد. اما باز هم هیچ مدرک محکمی درباره وجود حیات در مریخ پیدا نشد.
در سال 1996 ایالات متحده آمریکا دو فضاپیمای دیگر را به مریخ فرستاد. فضاپیمای فرودگر "پت فایندر" (راه یاب) یک مریخ نورد کوچک را حمل کرد که روی سطح مریخ حرکت کرد. پت فایندر عکس هایی را به زمین فرستاد و مریخ نورد سوجورنر سنگ ها و خاک را تجزیه و تحلیل کرد. مردم جهان تصاویر کار این فضاپیما را از طریق تلویزیون تماشا کردند.
مریخ نورد سوجورنر سنگی را روی مریخ آزمایش می کند. این مریخ نورد با فرودگر (lander) پتی فایندر به مریخ سفر کرد. سپس از یک شیب به سوی سطح پایین آمد. این مریخ نورد فقط 63 سانتی متر درازی دارد. (عکس از ناسا)
اشکال روی مریخ هم مورد بررسی قرار گرفتند. کانال هایی که ممکن است به وسیله آب به وجود آمده باشند و لایه هایی که احتمالاً به خاطر عبور آب رسوب کرده باشند بررسی شدند. ترکیب بعضی از مواد روی سطح مریخ هم بررسی شد.
در آوریل 2001 فضاپیمای "اودیسه" به فضا فرستاده شد. اودیسه در همان سال دور مریخ گشت و در سال 2002 مقادیر زیادی یخ آب زیر سطح مریخ پیدا کرد. بیشتر یخ آب در بخش جنوبی سیاره و عرض جغرافیایی 60 درجه نیمکره جنوبی پیدا شد. دانشمندان حدس زدند باید مقدار زیادی یخ آب در عرض جغرافیایی 60 درجه نیمکره شمالی هم وجود داشته باشد. موقعی که این کشف انجام شد، برفک دی اکسید کربن بیشتر منطقه را پوشاند و مانع از این شد که فضاپیما زیر یخ را ببیند.
یخ آب موجود در جنوب سیاره در سه پایی یا یک متری زیر سطح خاک پیدا شد. 50 درصد حجم مواد تشکیل دهنده خاک در این سطح یخ آب بود. حجم کامل یخ آبی که کشف شد 2500 مایل مکعب (10400 کیلومتر مکعب) بود. همین مقدار آب کافی است تا یک دریاچه پر شود.
اما سفینه نتوانست مدرکی پیدا کند که نشان دهد در عمق بیش از سه پایی هم آب هست. بنابراین دانشمندان نمی توانند عمق کامل یا حجم کامل همه یخ آب مریخ را پیدا کنند.
مریخ در سال 2003 به نزدیک ترین فاصله خود از زمین ظرف 60000 سال گذشته رسید. در آن سال دانشمندان سه سفینه به مریخ فرستادند.
یکی از عکس هایی که از مریخ گرفته شده به شکل صورت انسان است
در میان آنها یک سفینه اروپایی بود و ابزاری را حمل می کرد تا خاک مریخ را برای جست وجوی حیات بررسی کند. دو سفینه دیگر آمریکایی بودند.
در سال 2003 نیز یک سفینه دیگر به مریخ رفت و فرودگرش را را روی مریخ رها کرد. سفینه مریخ اکسپرس فوراً شروع کرد به انتقال عکس ها و اطلاعات دیگر به زمین. اما مدیران این مأموریت نمی توانستند با فرودگر" بیگل دو" که روی سطح مریخ رها شده بود تماس بگیرند و می ترسیدند که گم شود. در سال 2004 مریخ نورد "اسپیریت" به سلامت در حفره ای در مریخ فرود آمد. این مریخ نورد شروع به تجزیه و تحلیل سنگ ها و خاک مریخ کرد برای این که مدرکی پیدا کند دال بر این که زمانی مقادیر زیادی آب مایع روی سطح سیاره وجود داشته است.
در سال 2004 دانشمندان اعلام کردند که زمانی آب زیادی در مریخ وجود داشته. مدرکشان یک بستر سنگی بود که در یک حفره کوچک به دست آمد. تجزیه و تحلیل های مریخ نورد نشان داد که این سنگ حاوی مقادیر زیادی نمک های سولفات است که از اکسیژن و سولفور تشکیل می شود. روی زمین چنین تمرکز بالایی از نمک سولفات تنها در سنگ هایی که در آب شکل گرفته اند یا برای مدت طولانی در معرض آب قرار داشته اند به وجود می آید.
مریخ نورد، 90 روز در مریخ ماند. "اسپیریت" و "آپرچینیتی"(فرصت) به انجام وظیفه شان ادامه دادند. یکی از آنها به داخل حفره رفت و لایه های سنگ بستر را بررسی کرد و دیگری به گروهی از کوه های مریخ به نام کوه های کلمبیا رسید.
آخرین مریخ نوردی که به مریخ فرستاده شد کنجکاوی (Curiosity rover) نام دارد. این مریخ نورد که یک ماشین روباتی است به کاوش در حفره گیل (gale) مشغول است. این مریخ نورد در آگوست 2012 در مریخ فرود آمد و هدف از مأموریت آن بررسی آب و هوا و ویژگی های زمین شناسی مریخ است. کنجکاوی در حفره گیل به تحقیق درباره شرایط مناسب برای زندگی میکروبی، نقش آب و مطالعه درباره امکان اسکان انسان برای انجام اکتشافات آینده می پردازد.