随着科学革命的发展，科学家们意识到地球和其他行星绕着太阳运行。哥白尼、伽利略、开普勒和牛顿的贡献使得对于行星轨道的研究达到了数学精度。而随后天王星、海王星、冥王星以及柯伊伯带天体的发现，让我们意识到太阳系行星的轨道是多种多样的。
图解 : 柯伊伯带天体—新视野号可能的研究目标。（艺术家的概念图）
说到火星，它是离地球第二近的邻居，经常被称为是地球的双胞胎兄弟。它与地球有着很多相似之处，然而最大的不同在于运转轨道。火星不仅离太阳更远，而且它的轨道更加椭圆，因而造成了温度和天气形态上很多非常有意思的不同之处。
图解：火星与地球 来源：百度
近日点和远日点
火星绕太阳公转的平均距离为228万千米（141.67英里），也就是1.524个天文单位（略大于日地距离的1.5倍）。然而，火星还拥有太阳系离心率第二大的椭圆轨道（0.0934），低于排名第一的水星（0.2563)。
这意味着火星与太阳之间的距离随着其处于近日点（最近点）和远日点（最远点）之间的位置而发生变化。简言之，在一个火星年周期里，火星与太阳之间的距离处于近日点的206.7百万千米（128.437百万英里）和远日点的249.2百万千米（154.8456百万英里）之间，也就是1.38个天文单位和1.666个天文单位之间。
图解：火星的真实色彩影像，2007年2月由罗塞塔号拍摄
说到火星年，火星公转的速度为24千米/秒，完成一个公转周期的时间为687个地球日。这意味着，火星上的一年相当于地球上的1.88年。考虑到一个火星日为24小时39分35秒，将火星年调整为668.5991地球日（仍有差不多两倍长）。
火星正处于一个离心率不断增加的长期过程中段。大约19000年以前，离心率达到最小值0.079, 将会在24000年后再次达到峰值0.105（处于1.3621天文单位的近日点）。而且，大约135万年前，公转轨道接近圆形，将会在一百万年后再次变为圆形。
倾斜角
与地球十分相似，火星也有一个显著的倾斜角。事实上，与轨道平面25.19度的倾斜角度与地球本身的23.439度非常接近。这意味着火星和地球相似，从温度方面来说也经历着四季变化。火星表面的平均温度比地球冷很多，不过变化方式是大致相同的。
