La geología marciana es una de las más espectaculares del Sistema Solar. Una peculiaridad es que el planeta está partido en dos: las tierras del norte están más bajas que las del sur. El escarpe que las separa, la dicotomía o límite 1/3-2/3, tiene hasta 5 kilómetros de altura. Es uno de los mayores misterios del planeta rojo y muchos piensan que representa la línea de costa de un antiquísimo océano.
El hemisferio sur está sembrado de antiguos cráteres de impacto y allí es donde se encuentran las redes de valles marcianos. El hemisferio norte tiene muy pocos cráteres; es un gran espacio vacío, Vastitas Borealis, el Desierto del Norte, la superficie más plana del Sistema Solar. Hay quien piensa que se formó por el impacto de un asteroide de casi 400 km (Ceres, el más grande del Sistema Solar, mide 300 km).
El Ecuador está dominado por el domo de Tharsis, una cúpula (una estructura de gran pendiente formada por coladas de lava) tan grande como Asia cuyo centro se eleva 10 kilómetros y sobre la que se asientan gigantescos volcanes. Casi todas las fallas de Marte son radiales o concéntricas a Tharsis. En una de ellas se formó un desfiladero de proporciones planetarias: Valles Marineris, la gran cicatriz de Marte. Es el Gran Cañón marciano, con 2.900 km de largo, una anchura entre 100 y 600 km y una profundidad de hasta 10 km.
Si miramos a los polos encontramos que el norte es más grande que el sur: tiene 1.000 km de largo y se compone de agua congelada y hielo seco, hielo de CO2. Las bandas oscuras concéntricas que posee son cañones libres de nieve cuyo origen es desconocido. Una de estas bandas, Chasma Boreale, el Cañón del Norte, casi parte el casquete en dos. La existencia en el ecuador de enormes morrenas (200.000 km2, casi la mitad de España) hace suponer que allí se encontraban los polos hace 4 o 5 millones de años y que el eje de rotación del planeta ha sufrido un vuelco; algo que no puede suceder a la Tierra pues su eje de rotación está estabilizado por nuestro enorme satélite.
El Marte antiguo fue un lugar muy diferente al de hoy, seco y árido. No hay duda de que el agua corrió por la superficie de Marte. Por el Ares Vallis circuló un caudal de mil millones de metros cúbicos por segundo. Por el Amazonas circulan 300.000, y la gran catarata que rellenó el Mediterráneo a través de Gibraltar llevaba tan sólo 60 millones. ¿Hubo alguna vez un océano? No está muy claro, aunque su existencia explicaría una serie de características, como las diferentes edades de los canales o los relieves parecidos al de una zona costera.
