天文學家認為，火星曾擁有濃密大氣與溫暖氣候，地表也曾有液態水。目前在火星陸續發現各種流水侵蝕與沈積作用產生的地形，如河道、湖床及各種侵蝕與沈積交叉作用產生的地形。
火星冰川運動地形放大圖，可看見U型谷與冰川作用形成平行線形冰川擦痕、沉積物等，與地球冰川作用的特殊地形相同。 （Source： NASA /JPL- Caltech /University of Arizona ，下同）
最近火星發現新地質證據，更顯示火星氣候曾和地球一樣，經歷冰河期與間冰期互動變化。美國太空總局火星偵察軌道衛星（MRO）在極區以外地域，拍到寬約5公里圖片，可見冰川移動時磨蝕出平坦山壁及淺圓形U型谷，河床分佈平行線形刮痕與沈積物。刮痕與沈積物是冰川移動時，將河道底部和兩側岩石刮下混合搬運。這些火星地形與地球冰川運動的特殊地形相同。
火星偵察軌道衛星（MRO）拍攝火星冰川作用地形全景圖。可看見平行線狀擦痕與沈積物前端，冰川前緣增長與消退互動作用，產生橫向堆積形態沉積物。
火星冰河期與間冰期互動出現的氣候，讓冰川於冰河期向前伸展，將沉積物向前推擠。間冰期時冰川向後退，沉積物留在河道前端，形成橫向堆積沉積物，不斷重複。科學家推測，火星氣候環境曾與地球相似，但約40億年前開始改變。地核冷卻讓火星磁場迅速轉弱，太陽風開始入侵大氣層並剝離，造成氣壓下降，氣溫也迅速降低，水分隨之蒸發散失，逐漸演變成現在火星極其嚴寒與乾燥的環境。
