許多地質學家和天體生物學家對火星大氣中存在甲烷的報道很感興趣，因為甲烷可能表明火星上存在微生物生命，或者表明存在地球化學過程，例如火山活動或熱液活動。

自 2004 年以來，各種任務和觀察研究都報告了痕量甲烷（范圍從 60 ppbv 到檢測限以下 (< 0.05 ppbv)）。 火星上甲烷的來源以及觀測到的甲烷濃度存在巨大差異的原因仍然未知，正在研究中。 每當檢測到甲烷時，它都會通過一種高效但未知的過程迅速從大氣中清除。

甲烷 (CH4) 在火星目前的氧化氣氛中化學性質不穩定。 由于來自太陽的紫外線 (UV) 輻射和與其他氣體的化學反應，它會很快分解。 因此，大氣中持續或偶發的甲烷存在可能意味著存在持續補充氣體的來源。

歐空局的火星快車軌道飛行器使用一種稱為行星傅里葉光譜儀的儀器測量了大氣中甲烷的xxx個證據。 2004 年 3 月，火星快車科學小組提出大氣中存在濃度約為 10 ppbv 的甲烷。 三個地面望遠鏡團隊很快證實了這一點，盡管 2003 年和 2006 年的觀測結果測量到的豐度差異很大。這種氣體的空間和時間變化表明甲烷是局部集中的，并且可能是季節性的。 據估計，火星每年產生 270 噸甲烷。

2011 年，NASA 科學家報告了使用高海拔地面地面觀測站（VLT、Keck-2、NASA-IRTF）的高分辨率紅外光譜對火星上的痕量物種（包括甲烷）進行的全面搜索，得出了敏感的上限 甲烷（< 7 ppbv）、乙烷（< 0.2 ppbv）、甲醇（< 19 ppbv）和其他（H2CO、C2H2、C2H4、N2O、NH3、HCN、CH3Cl、HCl、HO2——所有限值均在 ppbv 水平 ).

2012 年 8 月，好奇號探測器登陸火星。 流動站的儀器能夠進行精確的豐度測量，但不能用來區分甲烷的不同同位素體，因此它無法確定它是地球物理起源還是生物起源。 然而，微量氣體軌道器 (TGO) 可以測量這些比率并指出它們的來源。

好奇號可調諧激光光譜儀 (TLS) 于 2012 年進行的首次測量表明，著陸點沒有甲烷或低于 5 ppb，后來計算得出基線為 0.3 至 0.7 ppbv。 2013 年，美國宇航局科學家再次報告未檢測到超出基線的甲烷。 但在 2014 年，NASA 報告稱，好奇號探測器在 2013 年底和 2014 年初檢測到其周圍大氣中的甲烷含量增加了十倍（“尖峰”）。在此期間兩個月內進行的四次測量平均為 7.2 ppbv，這意味著 火星不時地從未知來源產生或釋放甲烷。 前后，讀數平均約為該水平的十分之一。 2018 年 6 月 7 日，美國宇航局宣布確認大氣甲烷背景水平存在周期性季節性變化。 在 2019 年 6 月下旬的一次事件中，好奇號火星車原位探測到的xxx甲烷濃度飆升至 21 ppbv。火星快車軌道飛行器恰好在好奇號探測到甲烷前 20 小時在該區域進行現場跟蹤，并且 探測后 24 和 48 小時，TGO 大約在同一時間進行大氣觀測，但緯度較高。

印度火星軌道飛行器于 2014 年 9 月 24 日進入火星軌道，配備法布里-珀羅干涉儀測量大氣甲烷，但進入火星軌道后確定無法檢測甲烷，因此該儀器被 重新用作反照率映射器。 截至 2019 年 4 月，TGO 顯示甲烷濃度低于可檢測水平（<0.05 ppbv）。

毅力號漫游車（2021 年 2 月著陸）和羅莎琳德富蘭克林漫游車（2023 年到期）將不會配備分析大氣甲烷及其同位素的設備，因此擬議的 2030 年代中期火星樣本返回任務似乎是最早的樣本 分析以區分地質起源和生物起源。

火星甲烷起源的主要候選者包括非生物過程，如水-巖石反應、水的輻射分解和黃鐵礦形成，所有這些過程都會產生 H2，然后通過費-托合成產生甲烷和其他碳氫化合物 一氧化碳和二氧化碳。 還表明，甲烷可以通過涉及水、二氧化碳和橄欖石礦物的過程產生，這在火星上很常見。