화성은 태양계의 4번째 행성이며, 태양계에서 규산염 따위로 된 암석이나 금속 등 고체 상태의 물질을 주성분으로 하는 행성을 지구형 행성이라고 하는데 이 지구형 행성 중 하나이다. 표면의 철의 산화로 붉은색을 띠고 있는 화성은 화성의 표면적은 지구의 4분의 1밖에 되지 않는다고 하며 질량은 10분의 1밖에 되지 않는다고 한다. 화성의 대기권은 매우 얇으며 화성 대기의 95%는 이산화탄소로 덮여 있고, 이 밖에 작은 양의 질소, 아르곤과 약간의 산소로 이루어져 있다.
화성의 지형은 몇 가지 특징을 가지고 있다. 화성은 극지방이 얼음과 이산화탄소를 포함하는 얼음 지대로 덮여 있다. 또한 화성의 흉터라고 불리는 태양계에서 가장 큰 협곡 지대가 있다. 이 협곡지대는 7km의 깊이와 4000km의 길이에 이른다고 한다. 화성의 매우 인상적인 특징은 북반구와 남반구 지형의 비대칭성이다.
화성의 표면은 확실하게 두 가지 구역으로 나뉘는데 북쪽 부분은 용암층이 흘러내림으로 인해 평평한 지형을 가지고 있고 남쪽은 고지대에 오래전의 충격으로 인해 구멍이 파여있고 분화구가 생겨나 있다.
화성에서 가장 큰 분화구는 헬라스 분자라고 하는데 헬라스 분자는 화성의 남반구에 자리 잡고 있는 원형 충돌분지에 있는 평야이다. 헬라스는 태양계에서 두세 번째로 가장 큰 충돌구이며 이 충돌구의 깊이는 최저 7152m라고 한다. 이 지름은 최대 서쪽에서 동쪽으로 대략 2300km까지 뻗어나간다. 화성의 좌표를 설정하기 위해서는 북극점과 남극점을 최단 거리로 연결하는 지구 표면상 세로의 선인 자오선과 0점 고도가 정해져야 한다. 화성에는 바다가 없기 때문에 해수면이 없어서 0점 고도 면이거나 평균 중력 표면이 임의의 지점을 정할 수밖에 없다. 화성은 먼지와 산화철이 섞인 모래로 뒤덮인 좀 더 창백한 부분은 화성의 대륙으로 여겨졌고 어두운 부분은 바다로 여겨졌었다.
물체의 궤도가 완벽한 원에서 벗어나 있는 정도를 수치화한 것이 궤도 이심률이라고 하는데 화성의 궤도 이심률은 약 7%로 상대적으로 큰 편이다. 태양까지의 평균 거리가 약 2억2천만 km이며 공전주기는 686.971일이다. 화성의 태양일은 지구보다 약간 길기 때문에 24시간 37분 22초 정도라고 한다. 화성은 지구의 기울기와 거의 비슷하게 자전축은 25.19도만큼 기울어져 있다. 그로 인해서 지구와 마찬가지로 화성에서도 계절이 나타난다. 하지만 공전 각속도가 느리기 때문에 계절의 길이는 지구에 비해 약 2배 정도 된다고 한다. 화성의 극관은 물로 구성되어 있으며 이 극관에 존재하는 물은 화성의 표면을 11m 깊이로 뒤덮기에 충분히 많은 양이 존재한다. 많은 양의 얼음이 발견되었고 생명체가 존재할 가능성이 제기되고 있다. 하지만 화성 표면에서의 액체 상태의 물은 낮은 대기압으로 인해 존재할 수 없다는 것이 밝혀졌고 화성에 존재하는 물은 너무 염도가 높거나 산도가 높아 생명체가 존재할 수 없다는 것을 보여주었다. 또한 화성의 옅은 대기가 액체 상태의 물이 화성의 표면에 존재하는 것을 막는다. 대기가 적으므로 기압이 매우 낮고 물이 있더라도 기압 때문에 빨리 증발하게 되기 때문이다. 화성에는 천체의 자기장에 의해 제어되는 하전입자들이 있는 천문학적 천체 근처 공간의 영역인 자기권이 없기 때문에 강렬할 태양풍을 막을 수 없다. 지질학적으로 화성의 화산 활동은 종결되어 화성의 내부 화학물질이 화성의 표면으로 순환되지 않으며 이러한 이유로 화성의 생명체 존재 가능성은 더욱 희박하다고 할 수 있다. 화성은 포보스와 데이모스라는 두 개의 작은 위성을 가지고 있다. 포보스와 데이모스는 늘 달 쪽으로 같은 면을 향하고 있다. 포보스는 1877년 8월 18일에 미국의 천문학자 아사프 홀이 발견했다. 데이모스와 동시에 발견하였는데 데이모스보다 크며 상대적으로 안쪽 궤도에서 돈다고 한다. 포보스는 화성 자체가 자전하는 속도보다 빠르며 아주 서서히 화성에 가까워지고 있다고 한다. 또한 포보스는 불규칙한 모양을 가지고 있으며 화성의 중심부에서 9,377km, 표면에 6,000km 떨어진 곳을 돌고 있다. 데이모스는 화성의 두 위성 중 하나로 바깥 궤도를 돈다. 데이모스는 가장 긴 축이 화성을 향하고 있어서 자전주기와 공전주기가 일치한다. 데이모스의 표면은 회색이며 매우 어둡고 평균 밀도는 낮아 데이모스는 탄소 질로 이루어졌음을 나타낸다. 데이모스는 우주공간을 떠돌다가 화성 인력의 끌어당김으로 이끌린 소행성일 수도 있음을 나타내고 있고 데이모스는 화성에서 점점 멀어지고 있기 때문에 언젠가는 화성에서 탈출해 사라지게 될 것으로 예상한다.