Lielākā daļa cilvēku ir pazīstami ar Zemes orbītas modeli, tāpēc visvieglāk ir apspriest Marsa orbītu, jo tā ir saistīta ar Zemes orbītu. Marsam un Zemei ir daudz līdzību savās orbītās. Tie abi ir eliptiski un tiek turēti uz līdzīga aksiāla slīpuma. Marsa orbītai ir ekscentriskāks modelis nekā Zemei, kas rada zināmas atšķirības laikapstākļu modeļos starp abām planētām.
Skatoties no augšas, šķiet, ka gan Zeme, gan Marss riņķo ap sauli pretēji pulksteņrādītāja virzienam un atrodas gandrīz vienā plaknē. Astronomiskā vienība ir aptuveni 150 miljonu km attālums jeb attālums no Zemes līdz Saulei. Tāpēc Zemes orbīta ir 1 astronomiskā vienība (AU), savukārt Marsa vidējais garums ir 143 miljoni jūdžu (230 miljoni km) jeb 1.5 AU. Zemei ir nepieciešams viens gads, lai apriņķotu Sauli, savukārt Marsa apriņķošanas laiks ir aptuveni 687 Zemes dienas jeb 1.88 reizes ilgāks par Zemes gadu. Marsa diena ir nedaudz garāka par Zemes dienu, vidēji apmēram 24 stundas, 39 minūtes un 35 sekundes.
Ekscentriskumu izmanto, lai noteiktu jebkuras planētas orbītas formu. Perfekta apļa ekscentriskums ir nulle. Elipsēm ir ekscentricitāte no 0 līdz 1, savukārt parabolu precīzs mērījums ir 1. Marsa orbītas ekscentricitāte ir 0.09, kas padara to par otro ekscentriskāko orbītu no visām planētām. Tikai Merkūram ir lielāks.
Šī ekscentriskums nozīmē, ka pastāv liela attāluma atšķirība no brīža, kad tā atrodas vistuvāk Saulei jeb tās perihēlijai, un, kad tā atrodas vistālāk, no afēlija. Perihēlijs uz Marsa orbītas ir aptuveni 1.38 AU jeb 129 miljoni jūdžu (207 miljoni km). Afēlijs ir aptuveni 1.66 AU jeb 155 miljoni jūdžu (249 miljoni km).
Marsa aksiālais slīpums ir 25.19 grādi. Tā kā tas ir ļoti līdzīgs Zemes slīpumam 23.45 grādu leņķī, Marsa gadalaiki ir ļoti līdzīgi sezonām uz Zemes, jo tie ir četri. Katra sezona ilgst gandrīz divas reizes ilgāk nekā Zemes sezona, jo Marsa gads ir garāks. Tie mēdz būt arī daudz ekstrēmāki, jo afēlijs un perihēlijs ir tik krasi atšķirīgi. Vasaras ir karstākas, jo Marsa orbīta tuvojas saulei, savukārt ziemas tā tālākajos virzienos ir bargākas.
Tiek pieņemts, ka pirms daudziem gadiem Marsa orbīta bija daudz mazāk ekscentriska. Tiek lēsts, ka pirms aptuveni 0.002 miljoniem Zemes gadu tas bija tuvāk 1.35. Citu planētu radītie gravitācijas spēki lēnām ievelk Marsu lielākā elipses formā.