Môi trường Sao Hỏa hiện hữu một số các thách thức cần khắc phục và việc mở rộng quy mô cải tạo có thể bị giới hạn bởi các nhân tố môi trường chính.

Trọng trường yếu

Trọng lực trên bề mặt Sao Hỏa chỉ bằng 38% so với Trái Đất. Các nhà khoa học không rõ liệu trọng lực của nó có đủ để ngăn chặn các vấn đề sức khỏe xuất hiện ở môi trường không trọng lực hay không.[4]

Hơn nữa, trọng lực thấp của Sao Hỏa sẽ khiến nó khó có thể giữ lại bầu khí quyển như Trái Đất hay Sao Kim.[5] Trái Đất và Sao Kim đều có bầu khí quyển dày đặc bao quanh, mặc dù chúng phải hứng chịu nhiều hơn những cơn gió mặt trời mà sẽ thổi bay những vật chất khí trên hành tinh. Việc duy trì các nguồn khí trên Sao Hỏa có thể là cần thiết để đảm bảo rằng một bầu khí quyển đậm đặc cho con người được duy trì trong thời gian dài.

Hứng chịu những ảnh hưởng của vũ trụ

Sao Hoả thiếu một từ quyển để làm giảm bức xạ mặt trời và giữ lại bầu khí quyển. Các nhà khoa học tin rằng các trường từ được dò thấy trên Sao Hỏa là dấu tích còn lại của từ quyển mà đã biến mất vào thời kỳ đầu của Sao Hỏa.

Việc thiếu đi từ quyển là một lý do gây nên bầu khí quyển mỏng manh của Sao Hỏa. Các nguyên tử của gió mặt trời bên trong khí quyển Sao Hỏa đã được phát hiện bởi các máy dò bay trên quỹ đạo Sao Hỏa,Sao Kim, tuy nhiên, rõ ràng chứng minh rằng sự thiếu đi một từ quyển sẽ không làm mất đi khí quyển dày đặc của nó.

Trái Đất chứa rất nhiều nước bởi vì tầng điện ly chịu ảnh hưởng của từ quyển. Các ion Hydro hiện diện trong tầng điện ly di chuyển rất nhanh do có khối lượng nhỏ, nhưng vẫn không thể thoát ra ngoài vũ trụ được bởi quỹ đạo của chúng sẽ bị uốn cong trở lại bầu khí quyển dưới tác dụng của từ trường. Sao Kim có bầu khí quyển dày đặc, nhưng dấu vết của hơi nước chỉ ở mức 20 ppm do nó không có từ trường. Nước trong khí quyển của Sao Hỏa cũng bị thoát vào vũ trụ. Trái Đất còn được tăng cường sự bảo vệ bởi tầng ozone. Tia cực tím đã bị ngăn chặn trước khi nó có thể xâm nhập khí quyển và phân giải nước thành hydro và oxy. Bởi vì chỉ có số ít hơi nước tồn tại ở tầng đối lưu và tầng ozone nằm phía trên tầng bình lưu, nên chỉ một lượng nước nhỏ bị phân giải thành hydro và oxy.

Từ trường của Trái Đất là 31µT. Sao Hỏa cũng sẽ cần một từ trường mạnh tương đương như vậy để bù đắp ảnh hưởng của những cơn gió mặt trời.Công nghệ tạo ra một từ trường bao phủ hành tinh hiện vẫn chưa xuất hiện.Tầm quan trọng của từ quyển đã được đặt dấu hỏi. Trong quá khứ, Trái Đất đã từng có những giai đoạn mà từ quyển đổi hướng,[6] nhưng sự sống vẫn tiếp diễn. Một bầu khí quyển dày đặc giống như của Trái Đất có thể bảo vệ Sao Hỏa trước bức xạ mặt trời trong điều kiện thiếu từ quyển.[7]