Atmosfera Marsa je tanka i vrlo suha. Dominantni plin je CO2 (95,3 %), iza njega u mnogo manjim količinama slijede N2 (2,7 %) i Ar (1,6 %), a u tragovima se pronalaze O2 (0,13 %), H2O (0,02 %) i plemeniti plinovi Ne, Xe, Kr. No, osim navedenih plinova, u atmosferi se događaju i brojne kemijske reakcije koje kao rezultat daju razne organske i anorganske spojeve. Fotokemijskim putem nastaju manje molekule poput CO, O3, H2O2, NO. U razdoblju od 2006. do 2010. godine pokušalo se pronaći tragove plinova CH4, CH3OH, H2CO, C2H6, C2H2, C2H4, HO2, N2O, NH3, HCN, HCl, CH3Cl. Većinu navedenih spojeva nije bilo moguće detektirati tadašnjim uređajima koji su se nalazili u Marsovoj atmosferi, no infracrveni spektrometri (CRIRES, NIRSPEC, CSHELL), koji su djelovali s površine Zemlje su to ipak omogućili. Postalo je moguće i utvrditi je li podrijetlo plinova biološko ili geološko. Tijekom četverogodišnjeg istraživanja mijenjali su se razni uvjeti u atmosferi Marsa (temperatura, tlak, pješčane oluje...) te je korištenje različitih uređaja omogućilo sigurno određivanje vrste plinova. Kemijske reakcije do kojih dolazi potaknute su uvjetima u atmosferi. Glavni događaji u atmosferi Marsa u periodu istraživanja su pješčane oluje. Zbog podizanja sitnih čestica pijeska i praha s površine, dolazi do njezinog zagrijavanja radi apsorpcije Sunčevog zračenja. Kao posljedica, oslobađa se više ugljikovog dioksida i vode iz polarnih kapa gdje su zarobljeni u obliku suhog leda.