火星大氣密度只有地球大氣的1％，而且主要成分是二氧化碳，氧氣極少，也沒有臭氧層阻擋太陽輻射。火星表面的重力僅為地球表面的1／3。因此在火星上建立駐人基地之前，必須先要解決空氣、水、食物、輻射防護和低重力適應這五個基本難題。還有一個"十大難題" 美國廣播公司（ABC）援引科學家的分析說，目前人類的火星之旅還面臨著10大難題，在月球建立太空基地是為了解決這些難題。 難題一：抵達目的地。科學家還要儘量縮短宇航員抵達火星的時間，同時避免他們在此過程中遭受過度輻射。 難題二：輻射問題。太陽“風暴”以及宇宙射線“風暴”常常會持續數日之久，如果宇航員在那個時候暴露在射線之下，身體就很容易受到損傷。 難題三：呼吸的空氣。保持空氣供應的重要方法之一就是建立一個能除去二氧化碳等廢氣的迴圈系統。此外，科學家們還在研究如何從月球以及火星上提取礦物質來製造氧氣。 難題四：充足的食品。如果要進行長途的火星之旅或在月球基地上長期生活，宇航員就必須學會在太空中“生產”大部分所需食品，如在溫室中種植蔬菜。 難題五：廢物迴圈利用。在太空旅行中，處理人體垃圾和其它廢棄物是件非常棘手的事情。 難題六：充足的飲用水。科學家們已經於1998年在月球兩極的永凍帶中發現了可以加工成水的原料，目前還在火星上探測是否有類似的資源。 難題七：保持實時聯絡。由於地球和火星之間漫長的距離，無線電訊號在兩個星球之間傳輸至少需要20分鐘時間，這樣一旦出現緊急情況，宇航員將無法及時獲得地球控制中心的幫助。 難題八：在微重力下生活。在太空站長期生活的宇航員都會出現肌肉鬆弛或者骨質變輕等現象。目前科學家們正想方設法改進各種太空鍛鍊裝置，保證宇航員的肌肉不會鬆弛。 難題九：溫度的急劇變化。月球和火星表面的溫度相差巨大。對那些要在月球基地長期生活以及在火星探險的宇航員來說，穩定的工作和生活環境至關重要。 難題十：能源需求。目前通常的解決辦法是利用太陽能電池板，但是其穩定性仍然令人擔憂。