La première mission du Programme ExoMars ESA-NASA, dont l'arrivée sur Mars est prévue en 2016, consiste en un Orbiteur plus un Module Démonstrateur d'Entrée, Descente et Atterrissage (EDM).

L'Orbiteur de l'ESA réalisera des observations détaillées de l'atmosphère martienne, recherchant des gaz trace d'importance biologique éventuelle, tels que le méthane et les produits de sa dégradation. Les instruments à bord de l'Orbiteur réaliseront un ensemble d'études incluant :

Mesures très sensibles des gaz trace à partir desquelles on pourra déterminer la composition de l'atmosphère. Ceci donnera d'importants indices sur l'origine possible du gaz source, par exemple, est-il d'origine volcanique ou biogénique ?
La mesure et l'imagerie basse résolution des aérosols dans l'atmosphère, l'étude des variations de la température dans l'atmosphère et la cartographie des espèces clés de gaz trace autres que le méthane.
L'imagerie haute-résolution des gaz pour fournir le contexte géologique, s'il existe, des sources qui ont été identifiées.

La charge utilise comprendra des instruments européens et américains.

La seconde mission du Programme ExoMars ESA-NASA, dont l'arrivée sur Mars est prévue en 2018, consiste en deux véhicules : le Véhicule ExoMars de l'Esa et un Véhicule de la Nasa.

Les objectifs scientifiques du Véhicule ExoMars, sont par ordre de priorité :

La recherche des signes de vie passée et présente sur Mars ;
La caractérisation de l'environnement aquatique/géochimique en fonction de la profondeur juste au dessous de la surface.

La mission du Véhicule ExoMars cherchera a répondre à l'une des questions marquantes de notre époque en essayant d'établir si la vie a existé, ou est toujours active sur Mars aujourd'hui. Le Véhicule transportera un ensemble complet d'instruments analytiques dédiés à la recherche en exobiologie et en géochimie, nommée charge utile PASTEUR. Le Véhicule parcourra plusieurs kilomètres à la recherche de signes de vie passés ou présents, collectant et analysant des échantillons de roches et de la sub-surface, jusqu'à 2 mètres de profondeur.

Plus d'informations sur les objectifs scientifiques du Véhicule ExoMars