火星与地球有诸多共性，经常被称为“孪生地球”。它们都是类地行星，都有极地冰冠，都有大气层和一年四季。但实际上，火星和地球区别非常大，尤其在大气和气候方面几乎是截然不同。
火星的大气层非常稀薄，包括96% 的二氧化碳、1.93%的氩和1.89%的氮，附带些微的氧和水，同时空气中布满了灰尘。因为火星大气层非常稀薄，且距离太阳更远，所以它的地表温度比我们在地球上所能体验到温度的更低。最高温度可以达到20℃-35℃，最低温度-143℃。
由于两极地区的温度极低，空气中25-30%的二氧化碳凝固成了干冰沉积在地面上。火星极冠地区以水为主，北极区域的干冰层冬季厚度可达一米，而南极则常年覆盖着厚达八米的干冰层。
火星上经常刮着剧烈的沙尘暴，范围涵盖了从小龙卷风到全球性沙尘现象。较温热的粉尘混合空气上升而且风力越来越强，然后形成了范围宽达数千千米的沙尘暴，一眼望去沙尘暴几乎能把火星遮住，而且每次这种气候现象都能持续数月。火星沙尘暴的风速非常快，能达到180米/秒。我们知道，地球上的12级台风风速已经非常恐怖，但其风速只有32.6米/秒，远不如火星沙尘暴的威力巨大。
那么，火星上会出现类似“降雨”的现象吗？由于空气稀薄、低温且缺少磁气层等原因，火星上一般不会出现降雨等液体沉淀现象。然而有时候大气中会有薄云形成，并且以雪的形式降回地面，这其中的主要成分是“干冰雪花”。降雪现象一般只发生在高纬度极寒地区。
火星也有极光现象，这是火星磁场和太阳辐射相互作用的结果。虽然火星上磁场微乎其微，但科学家认为火星局部可能出现强烈的磁场，从而导致极光现象。2004年8月14日，火星快车号宇宙飞船上的火星大气光谱学特征调查仪显示，火星上的西米里亚高地出现了极光现象。2015年3月，科学家又观测到火星北半球大气层深处出现极光现象，并将其命名为“圣诞之光”。
值得一提的是，火星上的天气日日不同，有时每个小时内都变化各异。如果有一天人类定居火星，相信天气预报是个令人头疼的事情。
