Marte posee dos satélites. Deimos es el menor y más lejano de los dos; en realidad es el satélite más pequeño que se conoce en el sistema solar, y tiene un diámetro de apenas 12,6 kilómetros. Orbita a 23.459 kilómetros del planeta rojo. Phobos es el mayor; orbita al planeta rojo a 6000 kilómetros de distancia de su superficie y tiene un diámetro de 22,2 kilómetros.
En la mitología griega, Phobos y Deimos son los hijos de Ares (Marte) y Afrodita (Venus). "Phobos" es el equivalente griego de la palabra "miedo" (de allí viene "fobia"). "Deimos" es el equivalente griego de la palabra "pánico". Phobos fue descubierto el 12 de agosto de 1877 por Asaph Hall, y fotografiado a corta distancia por las sondas Mariner 9 en 1971, Viking 1 en 1977, y Phobos 2 en 1988. Deimos fue descubierto el 10 de agosto del mismo año por Hall, y fotografiado a corta distancia por la sonda Viking 1 en 1977.
Phobos orbita alrededor de Marte por debajo del radio de órbita sincrónica; debido a esto, visto desde el planeta rojo, sale por el oeste, se mueve muy rápidamente a través del cielo y se pone en el este, dos veces por día. Su órbita es tan cercana a Marte, que en muchos lugares de la superficie marciana Phobos nunca aparece por encima del horizonte. Además, al moverse por debajo del radio de órbita sincrónica, la acción de la gravedad marciana está disminuyendo la altura de la órbita de Phobos a un ritmo de casi 1,8 metros por siglo. Esto implica que en aproximadamente 50 millones de años, la luna impactará en la superficie de Marte o (más probablemente) se fragmentará formando un anillo alrededor del planeta. Se trata del efecto opuesto al que está elevando la órbita de la Luna).
Deimos y Phobos están compuestos de rocas ricas en carbono (al igual que cierto tipo de asteroides) e hielo. Ambos exhiben gran cantidad de cráteres y probablemente se trata de asteroides perturbados por la gravedad de Júpiter que fueron "capturados" por Marte. Se especula que su origen fue el sistema solar exterior, y no el cinturón de asteroides entre Marte y Júpiter.
La sonda soviética Phobos 2 detectó un flujo gaseoso débil pero continuo emanando desde Phobos. Desafortunadamente, Phobos 2 dejó de funcionar antes de poder determinar la naturaleza de dicho material; se cree que se trataba de vapor de agua. La característica más prominente en Phobos es el gran cráter llamado Stickney (apellido de soltera de la esposa de Hall). Al igual que en el caso del Herschel (un gran cráter en Mimas, uno de los satélites de Saturno), aunque en menor escala, el impacto que creó al Stickney estuvo casi a punto de destruir a Phobos. Las marcas y estrías en su superficie también fueron probablemente causadas por el impacto del Stickney.
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