Mars Express transporte l'un des ensembles d'instruments les plus passionnants de l'histoire de l'exploration de la planète Mars. Grâce au flux de données envoyé par la sonde spatiale, les scientifiques seront en mesure de percer les secrets de la composition de la surface de Mars et du fonctionnement actuel de son atmosphère.

Ils seront également capables de reconstituer les changements qu'a subis la planète au cours des 4 milliards d'années de son histoire. Ainsi, ils pourront répondre à l'une des questions astronomiques les plus embarrassantes de tous les temps : Mars a-t-elle été un jour comme la Terre ?

Les recherches géologiques menées par les précédentes sondes spatiales ont révélé des preuves importantes concernant la présence d'eau dans le passé à la surface de Mars. Mais la forme exacte sous laquelle cette eau se présentait reste un sujet fortement controversé. Certains croient qu'il ne s'agissait que d'un écoulement très bref sur la surface glacée de Mars ; d'autres pensent que Mars a été un jour suffisamment chaude pour pouvoir accueillir des rivières et des lacs. Certains croient que Mars a même possédé un océan.

La Caméra stéréoscopique à Haute Résolution (HRSC) est le meilleur instrument jamais envoyé sur Mars pour rechercher les caractéristiques géologiques qui pourraient confirmer la présence d'eau sur cette planète. Cet instrument gardera également un oeil électronique sur les anciens rivages.

OMEGA effectuera une cartographie précise de la composition de la surface de Mars et MARSIS effectuera les toutes premières recherches sur le sous-sol de Mars, en utilisant un radar capable de sonder la surface jusqu'à trois ou quatre kilomètres de profondeur. Ces recherches pourront peut-être révéler la présence de lacs souterrains constitués de glace ou d'eau.