Le projet ExoMars s'articule autour de deux missions :

Une mission en 2016, qui aura pour objectif de mettre en orbite martienne un satellite-relai qui, d'une part, étudiera l'atmosphère de Mars, et d'autre part, servira de relai de télécommunications vers la Terre pour les missions présentes et futures. A son arrivée au voisinage de Mars, ce satellite larguera un module démonstrateur européen qui se posera en douceur sur la surface de Mars.

Pour l'Europe, Les objectifs technologiques et scientifiques de cette mission sont notamment :

La capacité à mettre en orbite martienne une antenne relai vers la Terre.
L'étude des gaz trace dans l'atmosphère martienne, tels que le méthane.
Le largage en entrée directe d'un module dont on contrôle la descente et l'atterrissage. Ce module sera équipé de capteurs technologiques pour évaluer ses performances pendant la descente, et jusqu'à l'atterrissage.
La capacité à mettre en œuvre une petite charge utile à la surface de Mars, dont les objectifs sont en cours de définition.


Une mission en 2018, qui aura pour objectif de poser en douceur à la surface de Mars deux véhicules : l'un américain, l'autre européen. Les deux véhicules seront équipés d'instruments scientifiques dédiés à l'étude du sol et de la sub-surface de Mars.

Pour l'Europe, les objectifs technologiques de cette mission sont notamment :

De démontrer la capacité à être mobile en surface grâce à un véhicule.
D'accéder à la sub-surface pour la collecte d'échantillons.
D'acquérir, de préparer et de distribuer les échantillons pour qu'ils soient analysés par les instruments scientifiques.


Les objectifs scientifiques qui en découlent sont :

De rechercher des signes de vie passée et présente sur Mars, et d'étudier l'exobiologie martienne.
D'étudier comment l'environnement géochimique varie.