Per la prima volta nella storia dell'esplorazione spaziale, l'uso di Marsis (un radar) imbarcato a bordo della sonda Mars Express ha fornito informazioni dirette sulle profondità del suolo marziano. Gestito dall'italiano Giovanni Picardi dell'Università La Sapienza, Marsis ha analizzato i crateri da impatto e i depositi a strati della calotta polare settentrionale. Tra le prime scoperte, una struttura quasi circolare di 250 chilometri di diametro sepolta a scarsa profondità nelle pianure settentrionali della regione di Chryse Planitia. Si tratta di un cratere da impatto contenente forse del materiale ghiacciato.

Nell'analisi dei depositi attorno al polo Nord marziano, Marsis ha invece trovato segni che confermano la presenza di ghiaccio nel sottosuolo (già individuato da altre analisi) e che sembrano indicare che lo strato sia spesso un chilometro e composto di ghiaccio quasi puro. Sotto il ghiaccio, uno strato più profondo di regolite basaltica. Allo stesso tempo, il radar non ha trovato alcuna prova evidente di acqua allo stato liquido sotto la superficie, "ma la ricerca è solo all'inizio" ricorda Picardi.

I dati di Omega , un altro strumento imbarcato su Mars Express, hanno invece rivelato in modo decisivo la presenza di minerali ricchi di acqua sul pianeta. Omega ha realizzato una mappa che copre quasi l'intera superficie con una risoluzione tra uno e cinque chilometri e ha rivelato la presenza di due differenti classi di minerali, i fillosilicati e i solfati idrati, su aree isolate ma molto grandi della superficie. Tutti e due i minerali sono il risultato dell'alterazione chimica di sistemi rocciosi, ma i processi di formazione sono molto diversi e identificano quindi condizioni ambientali distinte in differenti periodi della storia marziana. In particolare, i fillosilicati sembrano dipendere, nei primi tempi della formazione del pianeta, dalla presenza di vaste aree ricoperte da acqua allo stato liquido, potenziale ambiente favorevole allo sviluppo di forme di vita.