殖民火星是指人類在火星上居住。許多研究與理論都將火星當成一個可行的殖民地，它的表面狀況與水份的來源使得火星成為太陽系除地球外最適合人類居住的星球。因為火星的環(huán)境與改造成適合生物生存的可能性，火星被許多科學(xué)家(其中也包括史蒂芬·霍金)認為是一個殖民的理想行星。

到達火星

除金星外，由地球去火星所需的能量是比任何行星較少。利用移動軌道，由地球去火星，大約需要九個月，而使用修正了的移動軌道，可以將所需時間減至6至7個月，但會使用較多的能量和燃料，而火星探測是利用此方法。

如將所需時間縮短至半年或以下，需要使用較高的能量、較多燃料，對于化學(xué)火箭來說，是不可能做到的。如果利用航天器推進、核動力推進的火箭，是可以將所需時間減至2周。

與地球相似的地方

火星的一日與地球自轉(zhuǎn)一周十分接近。火星的太陽日是24小時39分35.244秒。

火星的表面面積是地球的28.4％，稍微小于地球的陸地(占地球表面面積的29.2％)。

火星的轉(zhuǎn)軸傾角為25.19°，與地球的23.44°較為接近，亦因為此原因，火星的季節(jié)與地球的相似。但是，火星的1年相當于地球的1.88年，因而火星上各季節(jié)的長度是地球的一倍。火星北方上空并不是小熊座，而是白鳥座。

火星有大氣層，但只是地球大氣層的0.7％，因此，火星的大氣只可以抵擋部分的太陽輻射、宇宙線，宇宙飛船也可以利用大氣層作為大氣制動。

NASA的“火星探測者”號、“鳳凰”號；歐洲航天局的“火星快車”號等，于21世紀初進行火星探測計劃，并發(fā)現(xiàn)火星有水的存在，也證明火星擁有所有維持生命的元素，代表火星是一個適合生物生存的地方。

與地球間的差異

火星地表重力大約是地球的1／3，對于可能造成的健康問題仍未知。

火星表面的平均溫度只有-46℃，相較于地球要寒冷得多。

火星離太陽較遠，其大氣層所接收的太陽能只有地球所接收的一半。

火星的軌道離心率較地球更大，造成氣溫與太陽輻射的變化較大。

目前火星上的氣壓仍太低，不足以讓人類在未配備壓力設(shè)備的狀況下生存。由于改造火星屬于長期的計劃，短期內(nèi)火星上的人造建筑都必須配有壓力設(shè)備，如同太空飛行器，必須能維持約1個大氣壓。

火星大氣層主要為二氧化碳，其二氧化碳分壓約高于地球52倍，如此可支持植物的生存。

火星上的磁場極小，也因此使太陽風偏向的能力也不足。

居住

相比起月球或其他行星，火星的地理環(huán)境較適合人類居住，沒有像水星般極端的溫度、金星那樣高的表面溫度，也沒有像其他地外行星及其衛(wèi)星那么低溫。另外，金星只有云層頂端的居住環(huán)境是比較接近地球。

在火星，可以找到很多類似地球所擁有的適合居住的地方。由高海拔探空氣球得知，目前火星表面海拔最高約34 668米，另外，火星也有寒冷的北極、南極，但溫度是相當極端的。

2007年3月21日，NASA代理管理員ShanaDale于JPL高科技會議時，曾說過“希望發(fā)現(xiàn)火星是否能夠為人類提供第二所住宅，將人類的文明由地球延伸至640億千米外的火星”。

火星改造

有些科研小組推測火星也許會有一天變成可以讓各種生物，包括人類獨立生存的星球。然而，有些學(xué)者因為技術(shù)可行性相關(guān)問題而反對此推測。

食浮萍住洞穴

由NASA先進概念研究院提供部分資金進行贊助的一系列名為“火星洞穴”的試驗研究的首席研究彭納羅普·波斯頓表示：“火星上的洞穴是一個危險的星球上的安全地點，是用于研究的一個理想避護所?！蓖瑫r還是新墨西哥州礦業(yè)技術(shù)研究院洞穴研究系主任的波斯頓說：“洞穴可以成為人類文明在火星上延伸的基礎(chǔ)?！?/p>

與波斯頓一起參加這次火星研討會的研究人員目前正在進行地球上相關(guān)洞穴的實驗，以便為人類在火星上找到可以居住、進行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及實施科學(xué)研究的試點模型。這一項目最初的一項實驗就是測試火星上的空氣是否可以被改造為人類能夠呼吸的空氣，火星上的大氣非常稀薄，而且較之地球上的大氣氬含量更高。

在實驗中由氧氣、氬氣以及其他氣體組成的混和氣體被注入一個裝有兩只蟋蟀的容器當中，這兩只昆蟲似乎并沒有因為上述氣體的注入而受到影響。類似的實驗也在被裝入密封在籠中的老鼠身上進行，這一次氨氣似乎也沒有對老鼠的健康產(chǎn)生任何短時間的影響。

但是，科學(xué)家表示，在利用人類進行實驗之前他們?nèi)匀粺o法確定氬氣是否對人類健康會產(chǎn)生影響。在隨后進行的一項實驗當中，科學(xué)家在位于美國俄勒岡州中部的一個火山熔巖管中為兩只老鼠創(chuàng)造了一個小環(huán)境，這一小環(huán)境與研究人員預(yù)計在火星上能夠找到的洞穴的環(huán)境類似。

裝滿水的盤子被鍥入到小環(huán)境的墻壁之間，兩種水棲植物浮萍和水蕨在水面飄浮，以太陽板為電能發(fā)出熒光的燈被安裝在洞穴外面，為洞穴提供植物生長所需的光。研究人員古斯·弗雷德里克表示，老鼠在新陳代謝中會呼出二氧化碳，上述植物則利用光合作用將二氧化碳轉(zhuǎn)換成氧氣。在洞穴里生活了兩天之后，老鼠被放出來時依然健康，但因為植物并沒有釋放出足夠的氧氣而有些呼吸短促。

2003年9月進行的一項實驗包括更多的植物以及一種可以控制濕度的設(shè)備。研究人員的設(shè)想是，在老鼠居住的小環(huán)境中注入與屆時人類登上火星后將呼吸的氣體類似的一種混和氣體，在隨后的實驗中，老鼠還將吃掉小環(huán)境中的浮萍。

弗雷德里克稱浮萍是一種理想的火星食物，因為這一植物每克含有的蛋白質(zhì)較之大豆更多，而且可以在一天之內(nèi)體積就增加一倍。波斯頓表示，雖然相關(guān)的老鼠實驗尚未結(jié)束，但研究人員已經(jīng)為人類設(shè)計出了一個活動范圍更大的生物圈，這個生物圈由用于制造熱氣球的材料的相同種類的塑料和尼龍制成。

研究人員稱，火星“殖民者”將給上述計劃置于洞穴中間的生物圈充氣，洞穴外面的太陽能板將提供能量，一個密封艙將使得人類可以出入洞穴。2003年11月，研究人員在在位于新墨西哥州卡爾斯巴德地區(qū)的一個洞穴中進行了上述實驗，然后他們還計劃在附近的另一個洞穴中進行更多的實驗，這一洞穴中將注入不宜呼吸的氣體，研究人員身著太空服保護自己。波斯頓說：“火星已經(jīng)不再是太空中的一個遙不可及的星球，而將成為人類新的居住地點，整個太陽系都在向我們招手。”