在到达火星的两年时间内（2014年10月至2016年4月），火星大气与挥发演化探测器至少5次通过轨道调整从距离火星表面仅124km的高度掠过，这意味着它可以直接与火星大气层“亲密接触”，从而采集大气样本进行分析。它在完成探测任务的同时，还可为在火星表面执行探测任务的火星车提供数据中继服务，其对地传输数据传输率可达10Mbps。
2 火星科学试验室
●2011年11月26日发射
●质量约3800kg
美国火星科学实验室的主要科学目标是挖掘火星土壤，钻取火星岩石粉末，对岩石样本进行分析，探测火星过去、现在是否具有支持微生物生存的环境，从而确定火星表面是否具有可居住性。该探测器于2011年11月26日发射，发射质量约3800kg，它由3个部分组成：巡航级、进入下降和着陆系统、火星车。
“火星科学实验室”携带著名的好奇号火星车，火星车质量约900kg。在火星科学实验室任务着陆火星过程中，首先利用锥形气动外壳进行气动减速，接下来使用降落伞进行减速，最后首次使用“空中起重机”新型着陆技术在火星上软着陆，对火星表面高精度着陆技术进行验证，为后续的采样返回和载人火星探测提供技术支撑。
针对火星上的恶劣环境，好奇号采用多任务放射性同位素热电机来进行供电，其原理是利用钚238在自然衰变的过程中释放出来的热来转换成电能，这样就避免了传统太阳能电池阵供电方式在火星沙尘暴中被沙尘覆盖失去发电能力的风险。
3 火星勘测轨道器
●质量约2180kg
●采用钛、蜂窝铝，强度高但质量轻
美国火星勘测轨道器是最著名的火星探测器之一，其主要任务目标是研究火星表面、次表面和大气，并为未来的火星探测任务寻找可能的着陆点。该探测器于2005年8月12日发射，目前仍然在环火轨道正常运行，获取了大量科学数据。
火星勘测轨道器发射质量约2180kg，由运载火箭直接发射进入地火转移轨道，经过约6个月的飞行后到达火星实施制动捕获。它是一个采用“大气制动”减速技术来缓慢进入环火工作轨道的探测器，其原理就是利用探测器在火星大气层中飞行时受到的大气阻力不断降低轨道高度。经过6个月的大气制动，探测器最终进入255km×320km的极地科学探测轨道，轨道周期为112分钟。
火星勘测轨道器从探测器平台到所载有效载荷都是使用了当时最先进的技术，该探测器的结构采用钛、蜂窝铝等强度高但质量轻的材料，除所有系统都有备份外，在设计上它还采用了“单独容错”的方式，即当某一个部件发生故障时系统仍能完成任务。
4 天问一号