Klimatas ir oro sąlygos Marse labai skiriasi nuo Žemės. Viena iš priežasčių yra ta, kad Marsas yra maždaug pusantro karto toliau nuo Saulės nei Žemė. Kita klimato skirtumo priežastis yra ta, kad Marsas yra daug mažesnis už Žemę, o skersmuo ties Marso pusiauju yra maždaug perpus mažesnis už Žemės skersmenį. Dėl šių veiksnių Marso klimato temperatūra yra gana šalta, o vidutinė temperatūra -80°F (apie -60°C). Marso ašigaliai šalčiausi, kai pasiekia žemą -195 laipsnių temperatūrą. °F (-125 °C), o temperatūra prie pusiaujo gali siekti net 70 °F (20 °C).
Temperatūra Marso paviršiuje skiriasi priklausomai nuo aukščio ir paros laiko. Kitas veiksnys yra tada, kai atmosferoje yra daugiau nei įprastai dulkių dalelių, kurios sugeria saulės šviesą ir perduoda šilumą į atmosferą. Marso atmosferos dujas daugiausia sudaro anglies dioksidas, kuris sudaro 95.3 proc. Likusios dujos skiriasi, o Marso atmosferoje iš tikrųjų yra labai mažai deguonies, palyginti su Žemės. Marso klimato anglies dioksidas dideliame aukštyje sušąla į plonus debesis, o ryte dėl žemos temperatūros iš vandens ledo dažnai susidaro migla ir rūkas.
Marso klimatui būdingi vėjo modeliai, atsirandantys visoje planetoje ir atsirandantys dėl to, kaip atmosfera įkaista nuo Saulės didelėse ir žemose platumose. Rezultatai – palyginti ramūs vėjai, kurių vidutinis greitis yra apie 6 kilometrų per valandą. Marse buvo vėjų, kurių greitis siekia net 10 kilometrų per valandą, bet kadangi atmosfera nėra labai tanki, šie vėjai neveikia labai stiprios jėgos.
Šie vėjai gali turėti įdomų poveikį Marso klimatui, sukeldami dulkių audras ir tornadus, vadinamus dulkių velniais, nes dulkės nuo paviršiaus pakeliamos į atmosferą. Kai šios dulkės įšyla nuo saulės, susidaro stipresnis vėjas, prisirenkama ir įkaista daugiau dulkių, o dėl to audra dar labiau auga. Šių audrų dydis gali skirtis nuo kelių mylių ar kilometrų skersmens iki dulkių audrų, kurios gali apimti visą planetą. Dulkių audros kyla dažniau, kai Marsas yra arčiausiai saulės ir atmosfera tampa šilčiausia. Marse metų laikai trunka du kartus ilgiau nei Žemės metų laikai, nes Marsui skriejant aplink saulę reikia maždaug dvigubai ilgiau.