Vào năm 1704, Giacomo Maraldi đã phát hiện ra rằng vùng băng ở quanh cực nam của Sao Hỏa có tâm không nằm trên trục quay của hành tinh này.[3] Khi Sao Hỏa nằm ở vị trí xung đối vào năm 1719, Maraldi đã quan sát thấy cả hai vùng băng ở hai cực và sự biến đổi kích thước của các vùng băng này theo thời gian.

William Herschel là người đầu tiên tính toán ra mật độ thấp của khí quyển Sao Hỏa trong bài báo On the remarkable appearances at the polar regions on the planet Mars, the inclination of its axis, the position of its poles, and its spheroidal figure; with a few hints relating to its real diameter and atmosphere (tạm dịch Về vẻ ngoài của vùng cực Sao Hỏa, độ nghiêng trục quay, vị trí cực, mức độ hình cầu; với các gợi ý về đường kính thực của khí quyển), năm 1784 của ông. Khi Sao Hỏa dường như đi qua phía trước hai ngôi sao mờ mà không ảnh hưởng đến độ sáng của chúng, Herschel đã kết luận chính xác điều đó có nghĩa là có ít khí quyển xung quanh Sao Hỏa cản trở ánh sáng của chúng.[3]

Việc phát hiện ra "những đám mây vàng" trên bề mặt của Sao Hỏa, vào năm 1809, bởi Honore Flaugergues, được coi là sự quan sát đầu tiên về các cơn bão bụi Sao Hỏa.[4] Flaugergues cũng đã quan sát thấy sự thu nhỏ của vùng băng ở cực, vào năm 1813, trong mùa xuân ở Sao Hỏa. Sự suy đoán của ông rằng điều này có nghĩa là Sao Hỏa nóng hơn Trái Đất đã được chứng minh là không chính xác.