จากการค้นพบลักษณะภูมิประเทศบางพื้นที่บนดาวอังคารที่คล้ายกับเส้นทางไหลของน้ำที่แห้งแล้ว รวมทั้งการค้นพบแร่ธาตุที่เกิดจากแรงกระทำของน้ำ สิ่งเหล่านี้บ่งชี้ว่าครั้งหนึ่งแล้ว ดาวอังคารเคยมีชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นพอและอุ่นพอที่น้ำสามารถคงอยู่ในสถานะของเหลวและไหลบนพื้นดาวอังคาร แต่ต่อมาชั้นบรรยากาศของดาวได้กระจายหายออกไปในอวกาศ[11] โดยนักวิทยาศาสตร์คาดการณ์ว่าภายในช่วงเวลาไม่กี่ล้านปี ชั้นบรรยากาศของดาวอังคารหายไปถึง 99% จากการที่แกนของดาวอังคารเย็นตัวลง ทำให้สนามแม่เหล็กของดาวอ่อนลงมาก ส่งผลให้ลมสุริยะสามารถพัดเอาชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร ตลอดจนสารประกอบที่ระเหยได้อื่น ๆ ออกไปจนแทบสิ้น[12]

เป้าหมายของยานเมเว็นคือการหาคำตอบเกี่ยวกับความเป็นไปของสภาพอากาศบนดาวอังคาร และนำข้อมูลจากการสำรวจมาวิเคราะห์และเรียบเรียงเป็นประวัติ ว่าแก๊สชนิดต่าง ๆ ที่เคยเป็นส่วนหนึ่งของบรรยากาศของดาวนั้นสูญหายไปได้อย่างไร การสำรวจของยานเมเว็นแบ่งภารกิจหลักออกเป็น 4 อย่าง[13] ดังนี้

1. การระบุอย่างชัดเจนว่า การสูญหายของสสารต่าง ๆ ที่เป็นส่วนหนึ่งของชั้นบรรยากาศดาวอังคารนั้น เกิดขึ้นมาโดยตลอด
2. การระบุสภาพปัจจุบันของบรรยากาศชั้นบน บรรยากาศชั้นไอโอโนสเฟียร์ ตลอดจนปฏิสัมพันธ์กับลมสุริยะ
3. การระบุอัตราการสูญเสียของชั้นบรรยากาศที่หายไปในอวกาศ ซึ่งได้แก่ แก๊สในสถานะเสถียรและสถานะไอออน รวมทั้งศึกษากระบวนการที่ทำให้เกิดการสูญเสียดังกล่าวขึ้น
4. การระบุอัตราส่วนของไอโซโทปที่เสถียรภายในชั้นบรรยากาศของดาวอังคาร