Die meisten Menschen sind mit dem Bahnmuster der Erde vertraut, daher ist es am einfachsten, die Umlaufbahn des Mars in Bezug auf die der Erde zu diskutieren. Mars und Erde haben viele Gemeinsamkeiten in ihren Umlaufbahnen. Sie sind beide elliptische Muster und werden auf einer ähnlichen axialen Neigung gehalten. Die Umlaufbahn des Mars hat ein exzentrischeres Muster als die der Erde, was zu einigen Unterschieden in den Wettermustern zwischen den beiden Planeten führt.
Von oben betrachtet scheinen sowohl die Erde als auch der Mars die Sonne gegen den Uhrzeigersinn zu umkreisen und befinden sich fast auf derselben Ebene. Eine Astronomische Einheit ist ein Maß von ungefähr 150 Millionen km oder die Entfernung von der Erde zur Sonne. Die Umlaufbahn der Erde beträgt daher 1 Astronomische Einheit (AE), während der Mars durchschnittlich 143 Millionen Meilen (230 Millionen km) oder 1.5 AE beträgt. Es dauert ein Jahr, bis die Erde die Sonne umkreist, während eine Mars-Umlaufbahn etwa 687 Erdtage oder 1.88-mal so lange wie ein Erdenjahr dauert. Ein Marstag ist mit durchschnittlich 24 Stunden, 39 Minuten und 35 Sekunden etwas länger als ein Erdentag.
Die Exzentrizität wird verwendet, um die Form einer Planetenbahn zu definieren. Ein perfekter Kreis hat eine Exzentrizität von Null. Ellipsen haben eine Exzentrizität zwischen 0 und 1, während Parabeln eine exakte Messung von 1 haben. Die Umlaufbahn des Mars hat eine Exzentrizität von 0.09, was sie zur zweitexzentrischsten Umlaufbahn aller Planeten macht. Nur Merkur hat einen größeren.
Diese Exzentrizität bedeutet, dass es einen großen Unterschied in den Abständen gibt, zwischen der Sonne oder ihrem Perihel und der weitesten Entfernung, dem Aphel. Das Perihel auf der Marsbahn beträgt ungefähr 1.38 AE oder 129 Millionen Meilen (207 Millionen km). Das Aphel ist ungefähr 1.66 AE oder 155 Millionen Meilen (249 Millionen km) lang.
Die axiale Neigung des Mars beträgt 25.19 Grad. Da dies der Neigung der Erde von 23.45 Grad sehr ähnlich ist, sind die Jahreszeiten des Mars denen auf der Erde sehr ähnlich, da es vier gibt. Jede Jahreszeit dauert fast doppelt so lange wie eine Erdsaison, da das Marsjahr länger ist. Sie neigen auch dazu, viel extremer zu sein, da sich Aphel und Perihel so drastisch unterscheiden. Die Sommer sind heißer, da sich die Umlaufbahn des Mars der Sonne nähert, während die Winter in seinen weiteren Entfernungen härter sind.
Es wird vermutet, dass die Umlaufbahn des Mars vor vielen Jahren viel weniger exzentrisch war. Es wird geschätzt, dass sie vor etwa 0.002 Millionen Erdjahren näher an 1.35 lag. Die von den anderen Planeten erzeugten Gravitationskräfte haben den Mars langsam in ein größeres elliptisches Muster gezogen.