1957年，前蘇聯發射了第一顆人造地球衛星，使人們看到了擺脫地球引力和大氣束縛登陸火星的希望。
1965年7月14日，美國人發射的“水手4”號從離火星不到1萬千米的地方掠過，第一次對它進行了近距離考察，並拍攝了21張照片。“水手4”號的考察結果表明，火星的大氣密度不足地球的1％。火星生命如果存在的話，生存環境看來要比地球上的艱難許多。
1969年2、3月間，“水手6”號和“水手7”號向火星進發，從距火星3200千米處傳回了200幀照片。照片的清晰度大大增加，但運河仍然不見蹤影。為了徹底弄清火星的全貌，1971年11月13日，“水手9”號駛入了環火星軌道，成為第一顆環繞另一顆行星的人造天體。
然而就在“水手9”號駛向火星的過程中，火星上發生了大規模的塵暴，這場持續了幾個月的塵暴扼殺了隨後趕到的兩顆前蘇聯火星探測器“火星2”號和“火星3”號。它們在1971年11月27日和12月2日投下的裝置在工作了20秒之後就音信全無，僅僅傳回了半張灰蒙蒙的照片。
“水手9”號躲過了火星塵暴的災難。1971年12月，它傳回來的第一幅火星照片就給持“運河說”的人以致命的一擊：火星上根本不存在什麼運河，人們看到的——如果他們真的看到了的話，隻是火星風形成的沙粒帶狀條紋，就如同我們在沙漠裏看到的一樣。
令那些支持“火星生命說”的人鬆了一口氣的是，“水手9”號在火星上發現了許多幹涸的河床，其中有的長達1500千米，寬2130千米，這證明在火星上可能曾經存在過液態的水。隻要有液態水，火星上的生命就有希望。
1976年7月和9月，“海盜1”號和“海盜2”號的探測器先後在火星著陸。在那裏，它們確定了火星的大氣成分，分析了火星土壤的樣品，發布了火星上第一份氣象報告，並探測到了火星的“地震”。“海盜”號著重研究了火星上的生命痕跡，得出的結論卻並不清晰。最後美國國家科學院用標準的科學語言總結了這些實驗：它減小了火星上存在生命的可能性。
1996年8月6日，美國宇航局宣稱，科學家們從一塊來自火星的隕石上發現了可證明火星上曾經存在生命的化學物質。部分專家認為，在這塊來自火星、年齡40億～45億年的隕石ALH84001上，含有某些與生命現象有關的特殊化學物質。此舉在全球引起了軒然大波，各國學者議論紛紛，各抒己見，連諾貝爾獎金獲得者德迪韋也參加了這一世界性大辯論，他說：“僅僅是從一塊被認為可能來自火星的隕石中發現有機物並不能證明火星上曾存在生命。”英國天文學家希爾甚至懷疑這塊石頭是否真的來自火星，他說：“隻有當飛船在火星上著陸取回試樣並發現生命的蹤跡後，才能得出正確的結論。”我國科學家也參加了這一大討論，並且意見不一。
火星上尼克爾森隕石坑中央峰的透視圖1996年11月，美國發射“火星全球勘探者”飛船。“火星全球勘探者”在1997年9月進入火星軌道，這是人類成功地送入火星的第一個軌道器。
“火星全球勘探者”探測器將在環繞火星的軌道上飛行時勘探其地質特征，這也許能幫助人們找到ALH84001隕石的地理淵源。它需經過10個月的旅行抵達繞火星飛行的軌道，將繪製火星地形圖、分析火星大氣成分和記錄火星大氣變化的情況，完成1992年升空的“火星觀察者”探測器未完成的任務。“火星觀察者”探測器原定1993年8月24自到達火星軌道，但1993年8月21日突然與地麵失去聯係。
從“海盜”號登上火星之後，人類的火星探測已經不是去尋找“火星人”之類的高等生物了。
1996年12月，美國發射“火星探路者”探測器。“探路者”號的4個主要目的是：了解地形特征，選好人類登臨的“火星探路者”著陸點，觀測火星上的各種變遷，仔細探尋生命的痕跡。
1997年7月4日，“火星探路者”經過7個月的旅行，行程494億千米，終於來到火星，並成功地在火星上的阿瑞斯平原著陸。這是自“海盜”號以後，人類再次把航天器送入火星表麵，也是美國宇航局跨世紀的一連串火星軌道和著陸探測計劃的開始。