火星地质历史主要分为三个纪元，目前处于最新阶段——亚马逊纪。关于火星的纪元划分，科学界主要依据陨石坑密度、岩石成分等数据，将其地质年代划分为诺亚纪、赫斯珀利亚纪和亚马逊纪。这种划分方法类似地球上的地质年代分类，但时间跨度和具体特征截然不同：1. 诺亚纪（约41-37亿年前）这是火星最古老的时期，地表遍布液态水痕迹。探测器在盖尔撞击坑发现的粘土矿物证实，当时火星存在河流湖泊，甚至可能有海洋。此时火星大气层较厚，具备孕育生命的潜在条件。2. 赫斯珀利亚纪（约37-30亿年前）随着火星内核冷却磁消失，大气开始逃逸。火山活动形成奥林匹斯山等巨型火山，地表水逐渐冻结或蒸发，河流系统被熔岩流取代。好奇号在夏普山钻探到的硫酸盐岩层记录了这一时期的水环境剧变。3. 亚马逊纪（30亿年前至今）火星进入冰冻荒漠状态，仅存的水以极地冰盖和地下冰形式存在。近二十年探测器发现季节性的盐水流动痕迹，2023年欧空局探测器更发现火星南极冰层下存在液态水湖群，暗示着极端环境下依然存在水活动。美国毅力号探测器2021年在耶泽罗撞击坑采集的样本显示，火星土壤仍保留着早期大气与水作用的痕迹。我国天问一号拍摄的高清影像揭示众多干涸河道系统，印证了火星不同地质时期的演变特征。欧洲航天局计划在2030年启动火星采样返回任务，或将改写现有纪元划分标准。
