冷战结束后，新一波火星探索热潮从千禧年前就已展开。以美国宇航局1996年发射，并在次年成功抵达火星的全球探勘者号（MGS，图左）与火星探路者号（Mars Pathfinder，图右）为开端。在那以后，地球人几乎每隔两年都在往这颗红色星球扔各种航天器，包括轨道上飞行的、地面上漫游的、甚至还有要钻进地下的，当然失败的也不少。而火星全球探勘者号（MGS）堪称这二十年火星轨道器中里程碑似的典范，它不但是冷战后首个成功入轨火星的探测器，工作时长达十年也是前所未有的。

这是由全球探勘者号拍摄的火星地表图像，宽约1500米。图像中地点位于萨瑞南高地（Sirenum Terra），在地球上类似的地形是流水造成的，但火星表面气温和气压过低，液态水无法存在。尽管如此，许多科学家假设火星表面下存在的地下水有时会流到表面，在被冰冻或蒸发前侵蚀火星表面，产生槽沟和河道。作为美国1976年海盗号任务后第一个成功发射并抵达火星的探测器，火星全球探勘者号一扫1992年火星观察者号失败的阴霾。火星全球探勘者号于1996年11月7日升空，1997年9月11日进入环绕火星的轨道，一直工作到2006年11月2日，而最后失效的原因似乎是因为例行调整一个太阳帆板以直射阳光造成的。

虽然火星全球探勘者以丰厚的科学探测成果为人们所铭记，例如它发现了火星远古时期洪水冲击形成的溪谷，在十年任务期间它也对在火星表面漫游或者轨道上运行的探测器进行成像。这是全球探勘者号拍摄的火星表面的机遇号图像，当时它刚着陆火星不久。机遇号是在2004年1月25日登陆火星的，当时它恰巧着陆在一个小型陨石坑内，被NASA称为“一杆进洞”的壮举。而机遇号最初的着陆地点位于该陨石坑的下方，因为被安全气囊包裹，机遇号在着陆后经过多次弹跳，最终停在了陨石坑内。而先前抛弃的降落伞与防热大底在图中也清晰可见。

火星全球探勘者号拍摄的勇气号着陆点。在机遇号着陆点的另一个半球，勇气号火星车在登陆后的第85个火星日，抵达并完成了在邦纳维尔撞击坑（Bonneville Crater）附近的初步探测工作，图中下方可见勇气号行驶的车辙印。邦纳维尔撞击坑是一个次级陨石坑，位于更大的古瑟夫撞击坑中，直径210米，深度14米，撞击坑环比周围地表高出6.4米。图中左侧为勇气号着陆前抛弃的后盖与降落伞。

让卫星对卫星拍照，这在地球轨道上也不是常事，在火星轨道上就更罕见了。这张照片由火星全球探勘者号拍摄于2005年，照片里模糊的探测器是火星奥德赛号（Mars Odyssey），它于2001年进入火星轨道，这也是人类首次在火星轨道上进行的对一颗人造卫星成像。因为奥德赛号与全球探勘者号轨道相似，均为绕火星两极飞行的圆形轨道，两个探测器在轨道上的最近距离只有15公里。为避免发生碰撞，奥德赛号的轨道高度略高于全球探勘者号。

在对火星奥德赛号成像后，2005年，火星全球探勘者号又在轨道上对欧空局火星快车号（Mars Express）进行了成像，两个探测器距离数百公里。图像模糊的原因是因为成像时距离遥远，以及彼此速度很快，正在发生明显位移，但这仍然是一个壮举。

这是2000年1月，全球探勘者号的轨道相机对探路者号着陆点所在的阿瑞斯谷进行成像。火星探路者包括一个着陆器与一辆小火星车“旅居者号”。火星探路者同样发射于1996年，并在1997年7月4日成功登陆火星北半球的阿瑞斯谷。马林太空科学系统当时介绍称：火星探路者的着陆点是可以辨认的，但着陆器本身很难看清楚，因为它在图像里所占的面积实在太小了，而MGS相机拍摄的图像最小像素只有1.5米。火星探路者的着陆器与旅居者号火星车曾出现在电影《火星救援》里，而马特·达蒙与地球恢复联系的重要工具就是探路者号着陆器的天。

火星全球勘探者号拍摄的疑似一个形成在湖中的三角洲。许多地质学家对此感兴趣；生命的证据可能会在此处找到。

火星全球勘探者号拍摄的帕弗尼斯山（Pavonis Mons），该火山是火星西半球的一座巨大盾状火山，是塔尔西斯三座火山中居中的那座，位于赤道附近，高于火星基准面14058米，山顶气压130帕。另外两座是东北端的艾斯克雷尔斯山和西南端的阿尔西亚山，太阳系最大的火山奥林帕斯山就在它的西北方。帕弗尼斯山的破火山口相较其他火山是最接近完整圆形的。