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Le regioni polari di Marte sono i maggiori ”serbatoi” di materiale volatile sul pianeta. A  causa delle condizioni ambientali, durante il periodo invernale la temperatura raggiunge  valori tali da indurre la condensazione dell’anidride carbonica (il maggiore costituente  dell’atmosfera marziana) sulla superficie delle regioni polari.

Due calotte, infatti, ricoprono  con estensione periodicamente variabile i poli di Marte e le variazioni di dimensione sono scandite dal ciclo stagionale, durante il quale avvengono processi di condensazione/sublimazione di CO2 e in misura minore di H2O.

Durante il periodo invernale nell’emisfero nord la calotta raggiunge il suo massimo  di estensione fino a circa 65° di latitudine nord. L’inverno meridionale, invece, essendo  più lungo a causa dell’eccentricità dell’orbita, è caratterizzato da una calotta polare che  si estende fino a latitudini più basse, raggiungendo i 50°  di latitudine sud. Le misure di  MOLA hanno mostrato che la calotta nord ha uno spessore compreso tra ∼1.2 e ∼3 km e  il volume per essa stimato è di 1.2 × 10⁶ km³ (Zuber et al., 1998).

Quando nei periodi più caldi l’anidride carbonica sublima, vengono esposte  all’atmosfera due calotte residue di minore estensione, a carattere permanente, la cui  composizione differisce sostanzialmente da quella invernale. Si osservano, infatti, degli  spessi depositi sedimentari stratificati, la cui composizione si ritiene sia consistente con la  presenza di polveri e ghiaccio. Il ghiaccio d’acqua è il costituente primario della calotta  residua nord. Nonostante fino a qualche anno fa si ritenesse che la calotta residua sud  fosse quasi esclusivamente composta da CO2 (Kieffer, 1979), recenti studi suggeriscono  H2O come costituente dominante (Nye, 2000).

L’evoluzione delle calotte polari rappresenta uno dei principali meccanismi alla base della variazione  ciclica di pressione atmosferica durante un anno marziano. Il lungo inverno, caratteristico  dell’emisfero meridionale, induce, come già descritto, una maggiore estensione della calotta  polare, dovuta soprattutto ad una maggiore quantità di CO2 condensata. In concomitanza  con il massimo della sua estensione si riscontra un abbattimento globale della pressione  fino al 30 % del valore massimo. Questo effetto è chiaramente deducibile dalle misure  effettuate dai lander delle missioni Viking.