La característica más llamativa de Marte es un marcado contraste geográfico entre los hemisferios sur y norte, conocido como dicotomía marciana.
Las tres regiones se han estudiado extensamente porque contienen accidentes geográficos que se cree que fueron producidos por el movimiento del hielo,[13][14] rellena por un océano en el pasado con rasgos lineales o arqueados que sugieren ser restos de viejas líneas de costa,[15] o bien formados por la erosión volcánica.
[16] En la zona de transición entre Terra Cimmeria y Nepenthes Mensae, la dicotomía se caracteriza por un escarpe con un relieve local de ∼2 km y depresiones cerradas interconectadas con una orientación NO-SE a su pie asociadas, probablemente, a la tectónica extensional.
[18] Los otros dos tercios de la superficie marciana son las tierras altas del hemisferio sur.
Un objeto tan grande podría haber golpeado a Marte en algún momento durante el proceso de acreción del Sistema Solar.
Además, el mega impacto podría haber esparcido una gran parte de los escombros en el espacio exterior y en el hemisferio sur.
La evidencia geológica de los escombros proporcionaría un apoyo muy convincente para esta hipótesis.
[25] El descubrimiento de doce alineaciones volcánicas da evidencia a esta nueva hipótesis.
Otro enfoque propuso la formación de la dicotomía por enfriamiento en profundidad y carga cortical por vulcanismo posterior.
[31] Como consecuencia, la opacidad (tau) suele ser mayor en el hemisferio sur.
En la actualidad, los solsticios casi coinciden con el afelio y el perihelio de Marte.
Esto da como resultado que un hemisferio, el sur, reciba más luz solar en verano y menos en invierno y, por lo tanto, temperaturas más extremas que el norte.
Cuando se combina con la excentricidad mucho mayor de Marte en comparación con la Tierra, y una atmósfera mucho más delgada en general, los inviernos y veranos del sur tienen un alcance más amplio que en la Tierra.