Mars possède des calottes de glace polaire. Chaque hiver, l’étendue de ces calottes augmente, comme cela est observé près du Pôle Nord de la Terre, avant de se réduire en été aux calottes permanentes.
Cette similarité entre la Terre et Mars est liée au fait que les deux planètes partagent un angle d’inclinaison de l’axe polaire quasiment identique, autour de 25° (il s’agit de l’angle entre l’axe de rotation de la Terre sur elle-même, et le plan au sein duquel la Terre tourne autour du Soleil). Aux pôles, le Soleil ne monte ainsi jamais à plus de 25° au-dessus de l’horizon de Mars. Sur Terre, cet angle, ainsi que d’autres paramètres orbitaux, a légèrement varié entre 22 et 25°, contribuant aux cycles de Milankovitch qui décrivent la succession de glaciations qu’a connue la Terre ces derniers millions d’années. Sur Mars, les variations ont été beaucoup plus fortes, entre 10 et 45°, car Mars ne possède pas de gros satellite comme la Lune susceptible de stabiliser cet angle. A 45° d’inclinaison, les glaces polaires se retrouvent éclairées par un Soleil beaucoup plus haut et se sublime en partie. L’eau ainsi relâchée dans l’atmosphère va se redéposer plus près de l’équateur où la température est en contrepartie plus basse. On aboutit alors à une augmentation de l’étendue des calottes permanentes : une ère glaciaire.
La succession d’ères glaciaires et d’ère tempérées s’accompagne peut-être de la fonte d’une partie des glaces déposées aux latitudes moyennes, comme pourraient l’indiquer certaines traces d’écoulements récents. Cependant, Mars est une planète plus froide que la Terre : lorsque la température est suffisamment faible, le gaz de dioxyde de carbone de l’atmosphère se condense également, formant de la glace carbonique au sol. Les structures d’écoulement récent observées sur Mars pourraient alors s’expliquer non pas par la fonte de glace d’eau, mais par le passage à l’état gazeux de la glace carbonique.
