L’avion ARES analysera la composition chimique de l’atmosphère au plus près de la surface de la planète. La sonde SCIM prélèvera des échantillons de poussières et de gaz martiens, et les ramènera sur Terre. L’orbiteur MARVEL se propose d’étudier la photochimie de l’atmosphère afin d’y détecter d’éventuelles émissions révélant une activité volcanique ou microbienne. L’atterrisseur Phoenix procédera à une analyse poussée de la calotte glaciaire.