Nhiều tác phẩm khoa học viễn tưởng thường bắt đầu (hoặc kết thúc) với cảnh con người biến Sao Hỏa thành một hành tinh có thể sống được. Tuy nhiên, nếu xét đến sự lạnh lẽo khắc nghiệt trên Sao Hỏa, khoảng cách xa xôi từ mặt trời, và bụi mù mịt khắp nơi, thì việc biến đổi Sao Hỏa thành một thế giới tương tự như Trái Đất có vẻ khó khăn hơn rất nhiều.
Ngay từ hàng tỷ năm trước, Sao Hỏa đã từng có một bầu khí quyển dày đặc, giàu carbon, các hồ và đại dương được tạo thành từ nước lỏng, thậm chí có thể có những đám mây mịn lơ lửng trên bầu trời. Mặt trời lúc này nhỏ hơn hiện tại rất nhiều, ánh sáng cũng yếu hơn, nhưng khi những cơn bão mặt trời được sinh ra thì sức mạnh lại lớn hơn ngày nay rất nhiều. Nói cách khác, hệ mặt trời ngày nay dễ sinh sống hơn nhiều so với 3 tỷ năm trước. Tuy nhiên, Sao Hỏa vẫn vô hồn và không có sự sống.
Kích thước của Sao Hỏa nhỏ hơn Trái Đất, có nghĩa là tốc độ nguội của nó cũng nhanh hơn Trái Đất rất nhiều - lõi Trái Đất vẫn nóng chảy - lõi sắt quay liên tục vẫn có địa từ trường mạnh, có thể làm lệch hướng gió mặt trời và không cho chúng ta tác động đến chúng ta.
Sau khi Sao Hỏa nguội đi, lõi của nó trở thành chất rắn và từ trường của hành tinh này cũng dần biến mất. Sau khoảng 100 triệu năm, gió mặt trời đã tước bỏ bầu khí quyển của Sao Hỏa. Áp suất không khí trên Sao Hỏa giảm xuống gần như chân không, đại dương trên bề mặt dần dần sôi và bốc hơi, cuối cùng toàn bộ Sao Hỏa trở nên cực kỳ khô hạn.
Vì Sao Hỏa đã từng rất giống với Trái Đất trong lịch sử, liệu chúng ta có thể khôi phục lại môi trường trước đây của nó không?

Sau nhiều thế kỷ phát thải carbon, chúng ta đã làm tăng nhiệt độ bề mặt Trái Đất bằng cách dựa vào hiệu ứng nhà kính. Khí cacbonic do hoạt động của con người thải ra không những không ảnh hưởng đến sự xâm nhập của ánh sáng mặt trời mà còn ngăn cản bức xạ nhiệt thoát ra bên ngoài - giống như việc phủ một tấm chăn vô hình trên Trái Đất.
Nhiệt độ bề mặt tăng khiến nước biển bay hơi nhanh hơn và trở thành hơi nước trong khí quyển, làm tăng cách nhiệt cho 'tấm chăn' này, gây ra việc nâng cao nhiệt độ bề mặt và tốc độ bay hơi.
Tuy nếu cơ chế này hoạt động trên Trái Đất thì có thể áp dụng được trên Sao Hỏa. Không cần phải quan tâm đến khí quyển của Sao Hỏa, vì nó đã hoàn toàn biến mất. Tuy nhiên, Sao Hỏa vẫn còn nhiều nước băng và CO2 đóng băng ở các cực và khắp nơi trên hành tinh, có thể nhiều hơn ở bên dưới bề mặt.
Do đó, chúng ta có thể kiểm soát chúng để nâng cao nhiệt độ tại các cực Sao Hỏa - bằng cách giải phóng đủ lượng CO2 vào khí quyển để kích thích hiệu ứng nhà kính. Tiếp theo, chúng ta chỉ cần quan sát những thay đổi và có thể sau vài trăm năm, môi trường trên Sao Hỏa sẽ không khắc nghiệt như hiện tại.
Tuy nhiên, ý tưởng dường như đơn giản này có thể không thực hiện được.
Trước hết, chúng ta cần phát triển công nghệ để làm nóng các cực của Sao Hỏa. Nhiều giải pháp đã được đề xuất, như phát tán bụi ở các cực (giảm bức xạ ánh sáng mặt trời), hoặc đặt một tấm gương lớn trong không gian để chiếu sáng mạnh lên bề mặt Sao Hỏa.
Tuy nhiên, những ý tưởng này đều đòi hỏi bước tiến lớn trong công nghệ hiện có - xây dựng những thứ lớn như vậy trong không gian vượt xa khả năng công nghệ hiện tại. Ví dụ, để lấy một gương vũ trụ, chúng ta cần phải khai thác 200.000 tấn nhôm trong không gian. Tuy nhiên, hiện tại, chúng ta vẫn chưa khai thác được bất kỳ khối lượng nào trong không gian.
Ngoài ra, lượng CO2 được lưu trữ trên Sao Hỏa không đủ để kích hoạt hiện tượng ấm lên toàn cầu. Áp suất trên Sao Hỏa chỉ bằng 1% áp suất tại mực nước biển trên Trái Đất. Ngay cả khi toàn bộ phân tử CO2 và nước trên Sao Hỏa được giải phóng vào khí quyển, áp suất trên Sao Hỏa cũng chỉ tăng lên 2% so với áp suất Trái Đất.
Để ngăn mồ hôi và dầu trên da không sôi và bốc hơi ở nhiệt độ thấp trên Sao Hỏa, cần tăng nồng độ khí quyển gấp đôi; còn để cởi bỏ bộ đồ không gian, cần tăng áp suất lên 10 lần. Còn về việc thiếu oxy, không cần phải bàn cãi.
Đối phó với vấn đề thiếu khí nhà kính trên Sao Hỏa, có người đưa ra các kế hoạch cấp tiến như xây nhà máy thải CFC lên Sao Hỏa hoặc đưa sao chổi amoniac từ bên ngoài hệ Mặt Trời đến. Amoniac là một khí nhà kính tốt và giải phóng nitơ vô hại.
Tuy nếu vượt qua được thách thức kỹ thuật, vẫn cần giải quyết trở ngại lớn: Sao Hỏa không có từ trường. Bảo vệ phân tử thải ra khí quyển Sao Hỏa là điều khó như xây kim tự tháp từ cát, nếu không sẽ bị gió mặt trời thổi bay.
Một số giải pháp sáng tạo được đề xuất như tạo nam châm khổng lồ trong không gian để thay đổi hướng gió mặt trời hoặc sử dụng chất siêu dẫn vòng quanh Sao Hỏa tạo ra từ quyển nhân tạo.
Những giải pháp này đòi hỏi trình độ công nghệ cao và không thể thực hiện ngay. Vậy liệu có thể biến đổi Sao Hỏa để dễ sinh sống hơn? Khả năng có, nhưng không trong tương lai gần và không vi phạm định luật vật lý.
