Heute geht man davon aus, dass auf dem Mars vor etwa 3,7 bis 3,8 Milliarden Jahren ein Klimawandel stattgefunden hat, bei dem sich die Umweltbedingungen von einem eher neutralen, lebensfreundlichen, sporadisch feuchten Milieu zu einem deutlich saureren, lebensfeindlichen, trockenen und kalten Milieu hin verändert haben. Die Hauptursache dafür liegt nach heutigem Kenntnisstand in dem graduellen Verlust der Marsatmosphäre und einer veränderten vulkanischen Aktivität des Planeten.

Einer der Gründe, warum der Mars seine Atmosphäre verloren hat, liegt an seinem heute fehlenden, aber während der ersten fünfhundert Millionen Jahre noch existierenden Magnetfeld. Weil das Magnetfeld immer schwächer wurde, konnte der Sonnenwind sukzessive die Atmosphärenmoleküle spalten, und die beschleunigten Ionen gingen ans Weltall verloren: Dadurch und wegen des nachlassenden Vulkanismus' wurde die Atmosphäre immer dünner. Außerdem ist Mars nur halb so groß wie die Erde, weshalb seine Anziehungskraft kaum ausreicht, um Atmosphärenmoleküle durch die eigene Schwerkraft an sich zu binden. Ab einem bestimmten Atmosphärendruck kann Wasser physikalisch auf einem Planeten nicht mehr flüssig sein, sondern nur noch eis- oder gasförmig. Durch das Ausbleiben der Niederschläge brach der Wasserkreislauf auf dem Mars schließlich zusammen.

Durch die dünne Atmosphäre heute kann Wasser auf der Oberfläche des Mars nicht stabil sein. Selbst wenn die Temperaturen dafür noch ausreichen würden - es würde sofort verdampfen. Aber im Untergrund scheint Wasser noch in großen Mengen vorhanden zu sein, und zwar in Form von Wassereis. Auch die beiden Polkappen des Mars bestehen aus einer Mischung aus Wasser- und Kohlendioxideis. Unter ganz extremen Bedingungen (zum Beispiel in sehr salzhaltigen Lösungen) könnte Wasser theoretisch auch heute noch als Flüssigkeit auf dem Mars kurzzeitig existieren.