Theo các nhà lý luận hiện đại, Sao Hỏa nằm bên ngoài rìa của "vùng cư trú được", một vùng trong Hệ Mặt Trời mà thích hợp cho sự sống. Sao Hỏa nằm ở phần biên của vùng được biết đến với tên gọi là "vùng cư trú mở rộng" nơi mà các khí nhà kính dày đặc có thể tạo ra một áp suất khí quyển vừa đủ để giúp nước tồn tại ở dạng lỏng trên bề mặt hành tinh. Do đó, Sao Hỏa có tiềm năng hỗ trợ thủy quyển và sinh quyển.[cần dẫn nguồn]Sự thiếu hụt cả từ trường và các hoạt động địa chất trên Sao Hỏa có thể là do kích thước nhỏ bé của nó, khiến cho phần lõi Sao Hỏa nguội nhanh hơn nhiều so với Trái Đất, mặc dù chi tiết của quá trình đó vẫn chưa được nghiên cứu rõ ràng.Các nhà khoa học cho rằng Sao Hỏa đã từng có một môi trường tương tự như Trái Đất ở giai đoạn đầu trong quá trình phát triển của nó.[8] Mặc dù nước đã từng hiện diện trên bề mặt Sao Hỏa, giờ đây nước chỉ tồn tại trên 2 cực, là những tầng đóng băng bên dưới bề mặt của hành tinh. Ngày 26/9/2013, các nhà khoa học NASA thông báo robot tự hành Curiosity đã phát hiện lượng nước lớn chiếm 1.5 đến 3% khối lượng của mẫu đá ở vùng đồng bằng Aeolis Palus khu vực miệng núi lửa Gale.[9][10][11][12][13]

Đất đá và khí quyên Sao Hỏa có chứa nhiều nguyên tố chính cần thiết cho sự sống. Một lượng lớn băng nước tồn tại bên dưới bề mặt Sao Hỏa, cũng như trên bề mặt 2 cực, đang tồn tại ở dạng hỗn hợp với đá khô, CO2 đóng băng. Lượng đáng kể nước được lưu trữ ở cực nam của Sao Hỏa, nếu tan chảy, sẽ tương đương với một đại dương sâu 11m bao phủ toàn bộ hành tinh.[14] Băng khô CO2 ở 2 cực bay hơi vào khí quyển vào mùa hè trên Sao Hỏa, và những lượng nhỏ nước còn sót lại, sẽ nhanh chóng bị những trận gió với vận tốc lên tới 400 km/h thổi bay.[cần dẫn nguồn] Sự thay đổi các mùa đưa một lượng lớn bụi và hơi nước vào trong khí quyển, có tiềm năng tạo thành những đám mây kết tủa như Trái Đất.[cần dẫn nguồn] Hầu hết oxy trên khí quyển Sao Hỏa tồn tại trong CO2 - thành phần chính của khí quyển hành tinh này. Phân tử O2 chỉ tồn tại với một lượng rất nhỏ. Lượng lớn nguyên tố oxy cũng được tìm thấy trong sắt oxit trên bề mặt Sao Hỏa, và trong đất đá, dưới dạng các Nitrat.[15] Một phân tích mẫu đá của tàu đổ bộ Phoenix đã chỉ ra sự hiện diện của perclorat, hợp chất hóa học được sử dụng để phân giải oxy trong các thiết bị sản xuất oxy bằng phương pháp hóa học.[16] Điện phân cũng có thể được sử dụng để phân giải nước trên Sao Hỏa thành oxy và hydro.[cần dẫn nguồn]