Już od XIX wieku astronomowie usiłowali wykryć życie poza Ziemią. Kiedy Giovanni Schiaparelli w 1877 roku ogłosił odkrycie kanałów na Marsie wydawało się, że znaleźliśmy towarzystwo w kosmosie. Początek ery lotów kosmicznych dał możliwość poszukiwania życia bezpośrednio na innych planetach. Żadna z misji nie ujawniła jednak śladów życia. Okazało się, że warunki panujące na pozostałych planetach Układu Słonecznego, nie sprzyjają przetrwaniu życia podobnego do tego, jakie występuje na Ziemi. Pod koniec XX wieku odkryto organizmy ekstremofilne, które zrewidowały podejście do możliwości powstania żywych organizmów w niesprzyjających warunkach. Odkrycie dowodów na istnienie wody na Marsie dało nadzieję na odnalezienie organizmów zasiedlających biotopy niedostępnych dla ziemskich istot żywych.
Wcześniejsze misje na Marsa miały stosunkowo mało precyzyjne instrumenty do analizy chemicznej. Aby znaleźć ślady wody, badały średni rozkład związków chemicznych na powierzchni zbliżonej wielkością do znaczka pocztowego. Naukowe metody poszukiwania najstarszych dowodów życia na Ziemi wykonały skokowy postęp i właśnie te metody postanowiono wykorzystać w tej misji. Projekt Mars 2020 wykorzystuje najnowsze technologie, aby mapować skład pierwiastkowy, mineralny i organiczny skał z możliwością analizowania elementów grubości ludzkiego włosa. Zrozumienie cech chemicznych i układu przestrzennego cząstek zachowanych w skałach jest kluczem do określenia, czy zostały one ukształtowane przez żywe organizmy, czy też nie. Instrumenty opracowywane dla Marsa 2020 powstają w oparciu o technologie stworzone w celu poszukiwania oznak życia na Ziemi, także życia w ekstremalnych warunkach – głęboko pod powierzchnia lub w warunkach kominów hydrotermalnych na dnie oceanów. Kiedy metody te zostały zastosowane na błękitnej planecie, umożliwiły naukowcom przesunięcie granic wykrywalności lub lepsze zrozumienie wcześniej niejednoznacznych obserwacji.
Nie tylko astrobiologia jest dziedziną interesującą badaczy. Lądownik ma zebrać próbki, które mogłyby zostać zbadane na ziemi. W tym celu urządzenie pobierze od trzydziestu do czterdziestu próbek skał i osadów, każda o wadze około 15 gramów. Zostaną one hermetycznie zamknięte w probówkach z tytanu i osadzone w bezpiecznym miejscu na powierzchni Marsa, co pozwoli odzyskać je następnej misji.
Badania są ważne, ale nie mniej istotne pozostają obserwacje zarówno gruntu czy atmosfery jak i zachowania sondy w trakcie lądowania, poruszania się, pobierania próbek.
Oczy
Kiedy Mars Pathfinder dotknął Marsa w 1997 roku, miał do dyspozycji pięć kamer: dwie na maszcie, który wysunął się z lądownika i trzy na łaziku. Mars 2020 zostanie wyposażony w dwadzieścia troje elektronicznych oczu o różnych zastosowaniach, pozwalających stworzyć rozległe panoramy, odkryć przeszkody, zbadać atmosferę i wspomóc inne instrumenty badawcze. Pozwolą one m.in. zarejestrować obrazy spadochronu otwierającego się na innej planecie.