Les 14 et 15 juillet 1965, la sonde américaine Mariner 4, pionnière dans le survol d’une planète, réalise les toutes premières images de Mars. Ses photos de la surface stérile et parsemée de cratères étonnent la communauté scientifique. Elles mettent également un terme définitif à la croyance en l’existence de « canaux martiens », en vogue de la fin du XIXe siècle jusqu’aux années 1960. Cette croyance a nourri le mythe de l’existence d’une vie intelligente sur Mars.
Six ans plus tard, le 14 novembre 1971, Mariner 9 se place en orbite autour de la planète rouge, devançant de moins d’un mois les sondes soviétiques Mars 2 et Mars 3. Ses images permettent de préciser considérablement la topographie martienne. Au milieu des années 1970, les deux atterrisseurs du programme Viking livrent à leur tour une analyse du sol de Mars : aucune molécule organique n’y est décelée et son caractère super-oxydant rend très improbable l’hypothèse d’une vie carbonée in situ. Les premières explorations spatiales font donc pièce à la possibilité d’une vie extraterrestre dans le système solaire.
Tout espoir n’est pas perdu pour autant. En effet, l’exploration spatiale permet d’identifier des niches insoupçonnées d’habitabilité. L’arrivée du premier rover martien Mars Pathfinder en 1997 lance l’exploration mobile de la surface de la planète rouge et ouvre la voie à la recherche de traces fossiles de vie témoignant d’un passé plus clément de Mars. Un retour d’échantillon est même prévu pour 2031…