น้ำบนดาวอังคารในปัจจุบันมีอยู่แทบทั้งหมดเป็นน้ำแข็ง แม้ยังมีไอน้ำปริมาณเล็กน้อยในบรรยากาศด้วย[1] และบางครั้งเป็นน้ำเกลือ (brine) รูปของเหลวปริมาตรต่ำในดินดาวอังคารตื้น ๆ[2] ที่เดียวที่เห็นน้ำแข็งน้ำ (water ice) ได้จากพื้นผิว คือ ที่พืดน้ำแข็งขั้วดาวเหนือ[3] ยังมีน้ำแข็งน้ำปริมาณมากอยู่ใต้พืดน้ำแข็งคาร์บอนไดออกไซด์ถาวรที่ขั้วใต้ของดาวอังคาร และใต้ดินตื้น ๆ ที่ละติจูดอบอุ่นกว่า[4][5][6][7] มีการระบุน้ำแข็งกว่า 5 ล้านลูกบาศก์กิโลเมตรที่หรือใกล้พื้นผิวของดาวอังคารสมัยใหม่ เพียงพอที่จะปกคลุมดาวเคราะห์ทั้งดวงที่ความลึก 35 เมตร[8] และอาจมีน้ำแข็งปริมาณมากกว่านี้ถูกกักอยู่ใต้ดินชั้นลึก[9]น้ำในรูปของเหลวอาจเกิดขึ้นชั่วคราวบ้างบนพื้นผิวดาวอังคารปัจจุบัน แต่เฉพาะในบางภาวะ[2][10][11][12] ไม่มีแหล่งน้ำในรูปของเหลวขนาดใหญ่ถาวรเพราะความดันบรรยากาศที่พื้นผิวโดยเฉลี่ยมีเพียง 600 ปาสกาล (0.087 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) หรือประมาณ 0.6% ของความดันระดับน้ำทะเลโดยเฉลี่ยของโลก และอุณหภูมิเฉลี่ยของดาวต่ำเกินไปมาก (210 K, −63 °C) ทำให้น้ำระเหิดหรือเยือกแข็งอย่างรวดเร็ว ก่อนประมาณ 3.8 พันล้านปีก่อน ดาวอังคารอาจมีบรรยากาศหนาแน่นและมีอุณหภูมิพื้นผิวสูงกว่านี้[13][14] ทำให้มีน้ำในรูปของเหลวบนพื้นผิวปริมาณมาก[15][16][17][18][19] เป็นไปได้ว่ามีมหาสมุทรขนาดใหญ่[20][21][22][23]ซึ่งอาจปกคลุมหนึ่งในสามของดาว[24][25][26] ยังพบว่าน้ำไหลอยู่ใต้พื้นผิวเป็นระยะสั้น ๆ หลายช่วงในประวัติศาสตร์สมัยหลัง ๆ ของดาวอังคาร[27][28][29] วันที่ 9 ธันวาคม 2556 นาซารายงานว่า อาศัยหลักฐานจากโรเวอร์ คิวริออสซิตี ที่กำลังศึกษาอีโอลิสปาลัส (Aeolis Palus) แอ่งเกลมีทะเลสาบน้ำจืดโบราณซึ่งสามารถเป็นสิ่งแวดล้อมที่จุลินทรีย์อาศัยอยู่ได้[30][31]หลักฐานหลายสายชี้ว่ามีน้ำจำนวนมากบนดาวอังคารและมีบทบาทสำคัญในประวัติศาสตร์ธรณีวิทยาของดาว[32][33] ปริมาณน้ำบนดาวอังคารในปัจจุบันประเมินได้จากภาพถ่ายยานอวกาศ เทคนิคการรับรู้ระยะไกล (การวัดสเปกโตรสโคบ[34][35] เรดาร์[36] ฯลฯ) และการสืบค้นพื้นผิวจากส่วนลงจอดและโรเวอร์[37][38] หลักฐานน้ำในอดีตทางธรณีวิทยามีทั้งช่องระบายขนาดมหึมาที่เกิดจากการกัดเซาะของน้ำท่วม[39] เครือข่ายหุบแม่น้ำโบราณ[40][41] ดินดอนสามเหลี่ยมและก้นทะเลสาบ[42][43][44][45] และการตรวจจับหินและแร่ธาตุบนพื้นผิวซึ่งก่อขึ้นได้เฉพาะในน้ำในรูปของเหลว[46] ลักษณะธรณีสัณฐานจำนวนมากเสนอว่ามีน้ำแข็งพื้นดิน (ชั้นดินเยือกแข็งคงตัว)[47] และการเคลื่อนไหวของน้ำแข็งในธารน้ำแข็ง ทั้งในอดีตอันใกล้[48][49][50][51][52][53]และปัจจุบัน[54] ร่องธาร (gully) และที่ลาดเอียงเส้นตรง (slope lineae) ตามหน้าผาและผนังแอ่งแนะว่าน้ำที่กำลังไหลยังก่อรูปทรงพื้นผิวของดาวอังคาร แม้ว่ามีขนาดน้อยกว่าในอดีตโบราณมากแม้ว่าพื้นผิวดาวอังคารเปียกเป็นบางช่วงและจุลินทรีย์อาจอาศัยอยู่ได้เมื่อหลายพันล้านปีก่อน[55] แต่สิ่งแวดล้อมปัจจุบันที่พื้นผิวแห้งและอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง เป็นไปได้ว่าเป็นอุปสรรคที่ไม่อาจเอาชนะสำหรับสิ่งมีชีวิต นอกจากนี้ ดาวอังคารไม่มีบรรยากาศหนา ชั้นโอโซนและสนามแม่เหล็ก ทำให้รังสีดวงอาทิตย์และรังสีคอสมิกถึงพื้นผิวได้โดยตรง ฤทธิ์ทำลายของรังสีไอออนต่อโครงสร้างเซลล์เป็นปัจจัยจำกัดสำคัญอีกปัจจัยหนึ่งต่อการรอดชีวิตบนพื้นผิว[56][57] ฉะนั้น ที่ตั้งที่มีโอกาสดีที่สุดในการค้นพบสิ่งมีชีวิตบนดาวอังคารอาจเป็นในสิ่งแวดล้อมใต้พื้นผิว[58][59][60] วันที่ 22 พฤศจิกายน 2016 นาซารายงานการค้นพบน้ำแข็งใต้ดินปริมาณมากบนดาวอังคาร ซึ่งมีปริมาตรเทียบเท่ากับปริมาตรน้ำในทะเลสาบสุพีเรีย[61][62][63] ในเดือนกรกฎาคม 2018 นักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีรายงานการค้นพบทะเลสาบใต้ธารน้ำแข็งบนดาวอังคาร อยู่ใต้พืดน้ำแข็งขั้วดาวใต้ และขยายไปด้านข้างประมาณ 20 กิโลเมตร เป็นแหล่งน้ำเสถียรแห่งแรกบนดาว[64]การเข้าใจน้ำบนดาวอังคารสำคัญต่อการประเมินศักยภาพของดาวในการรองรับสิ่งมีชีวิตและให้ทรัพยากรที่ใช้ได้สำหรับการสำรวจของมนุษย์ในอนาคต ด้วยเหตุนี้ "ตามน้ำ" จึงเป็นแก่นวิทยาศาสตร์ของโครงการสำรวจดาวอังคารของนาซาในทศวรรษแรกของคริสต์ศตวรรษที่ 21 การค้นพบโดย 2001 มาร์สโอดิสซีย์ (2001 Mars Odyssey) มาร์สเอ็กซ์พลอเรชันโรเวอร์ส (Mars Exploration Rovers) มาร์รีคอนนิเซินออร์บิเตอร์ (Mars Reconnaissance Orbiter) และมาร์สฟีนิกซ์แลนเดอร์ (Mars Phoenix Lander) มีส่วนสำคัญในการตอบคำถามสำคัญเกี่ยวกับปริมาณและการกระจายของน้ำบนดาวอังคาร ส่วนโคจรมาร์สเอ็กซ์เพรส (Mars Express) ขององค์การอวกาศยุโรปยังให้ข้อมูลที่สำคัญในภารกิจนี้ มาร์สโอดิสซีย์ มาร์สเอ็กซ์เพรส โรเวอร์ออพพอร์ทูนิตี (Opportunity) มาร์รีคอนนิเซินออร์บิเตอร์ และโรเวอร์ คิวริออสซิตี (Curiosity) ยังส่งข้อมูลกลับจากดาวอังคาร และยังมีการค้นพบอยู่เรื่อย ๆ