Phobos ve Deimos adında iki küçük uydu olup nasıl oluştukları ve Mars etrafında ki yörüngeye ne zaman geçtikleri bilinmemektedir. Uydular, eski Yunan Mitolojisinde Ares'in Afrodit'ten olma iki oğlu Phobos (panik, korku) ve Deimos'a (terör, dehşet) göre adlandırıldılar.

Her iki uydu 1877'de Asaph Hall tarafından bulundu. Hall, uzun aramadan sonra önceden varlıkları tahmin edilen bu gök cisimlerini tespit edebildi. Hall, Deimos'u 12 Ağustos 1877'de tahmînen 07:48 EEZ, Phobos'u da 18 Ağustos 1877'de Washington, D.C.'deki ABD Denizcilik Gözlemevi'nde takriben 09:14 EEZ'de keşfetti. (Çağdaş kaynaklar, günü öğleyin başlatan 1925-öncesi astronomik uygulamayla buluş zamânını 11 Ağustos 14:40 ve 17 Ağustos 16:06 Washington ortalama güneş saati olarak verirler) O zamanlar kasten Mars'ın aylarını aramaktaydı. Hall, 10 Ağustos'ta Mars'ın bir ayı gibi görünen bir cisim görmüş, fakat kötü hava şartlarından dolayı daha sonraya kadar tam olarak bu cisimleri belirleyememiştir.

Mars'ın kütle çekim alanına kapılmış asteroitler oldukları düşünülmektedir. Mars yüzeyinden ekvatora yakın bir noktadan bakıldığında Phobus, Dünya'dan Ay'ın görüldüğü büyüklüğün üçte biri kadar bir cisim olarak görülür. Açısal çapı 8' (doğan) ve 12' (tepede) arasıdır. Gözlemci Mars ekvatoruyla kutupları arasında herhangi bir noktadan baktığında daha küçük görülürken kutuplarındaki buz kütlelerinden bakıldığında (hep ufkun altında kaldığından) neredeyse hiç görülmez. Deimos, Mars'tan bakan bir gözlemciye Dünya'dan Venüs'ün görüldüğünden biraz daha büyük bir cisim olarak, yâni bir gezegen ya da parlak bir yıldız gibi görülür. Açısal çapı 2'´dır. Güneş'in açısal çapı, Mars'tan bakıldığında 21'´dır. Nitekim uyduların görünür açısal çapı fazla küçük kaldığından Mars'ta hiçbir zaman tam bir güneş tutulması olamamaktadır. Diğer taraftan Phobos'un tam olarak tutulması neredeyse her gece görülür.

Her iki uydu da gelgit kilitlenmesiyle birbirine bağlı olduğundan Mars'a herzaman aynı yüzlerini gösterirler. Phobus, Mars'ın etrâfında onun kendi dönüşünden daha büyük bir hızla döndüğünden gelgit kuvvetleri yavaş fakat devamlı olarak yörüngesinin çapını azaltmaktadırlar. Bir zaman gelecek ve Roche sınırı'na yaklaştığından Phobus, gelgit kuvvetlerince parçalanacaktır. Mars'ın yüzeyinde yaşlarıyla doğru orantılı olarak ekvatora daha büyük enlemi olan krater zincirleri, eskiden Mars'ın Phobus'un bu beklenen kaderini bölüşen başka uydularının da olduğu görüşünü destekler. Aynı zamanda bu olaylar olduğundan beri Mars kabuğu da tümüyle hareket etmiştir. Diğer taraftan Deimos'un yörüngesi, Ay'ımız gibi gelgitle daha uzaklara götürülecek kadar uzaktadır.

Deimos, Mars gezegeninin iki uydusundan biridir. İsim Yunanca "dehşet" anlamına gelmektedir. 12 Ağustos 1877 yılında Asaph Hall tarafından keşfedilmiştir. Muhtemelen Mars'ın yörüngesi tarafından yakalanmış bir asteroiddir. Mars'a olan uzaklığı 20 bin km'dir ve gezegenin çevresinde bir turu yaklaşık 115342 saatte tamamlar. Ortalama 1,5 km olan çapıyla Güneş Sistemi’nin en küçük uydularından biridir.

Phobos, Mars'ın diğer uydusu Deimos'dan hem daha büyüktür, hem de Mars'a daha yakındır. Güneş Sistemi'ndeki tüm diğer uydular içinde gezegenine en yakın konumlanmış uydudur. Yörüngesi Mars yüzeyinden sadece 6000 km yüksekliktedir ve Güneş Sisteminin en küçük uydularından biridir.

Phobos, eşzamanlı yörünge yarıçapından daha alçak bir yörüngede olduğundan Mars yüzeyindeki bir gözlemci için günde aşağı yukarı iki kez doğup batar. Yüzeye o kadar yakındır ki yüzeydeki bazı yerler için her zaman ufkun altında kalır. (Eşzamanlı yörünge yarı çapı : bir uydunun gezegenin etrafında gezegenin kendi etrafında dönüş süresi kadar bir zamanda döneceği yüksekliği ifade eder. Böyle bir uydu yüzeydeki gözlemci için her zaman aynı noktadadır. Dünyada, iletişim uydularında olduğu gibi) Bir zamanlar asteroid olduğu, ancak Mars'ın kütleçekimine yakalanarak gezegenin yörüngesine girdiği sanılmaktadır.

Eşzamanlı yörünge yarıçapının altında olduğundan, gelgit kuvvetleri (Dünya ile Ay arasında olduğunun tersine) yörüngesini alçaltmaktadır. Yaklaşık 50 milyon yıl içinde Mars'a düşecek ya da parçalanarak Mars çevresinde bir halka oluşturacaktır.

Muhtemelen Phobos ve Deimos, C tipi asteroidler gibi karbondan zengin kaya oluşumlarıdır, ancak düşük yoğunlukları sadece kayadan oluşmadıklarının, buz ve kaya karışımı olduklarını gösterir. Her ikisi de yoğun olarak kraterlerle kaplıdır. Mars Global Surveyor aracının gönderdiği en son resimlerden yüzeyinin 1 m kalınlıkta ince bir tozla (regolith) kaplı olduğu anlaşılmıştır. Sovyet aracı "Phobos 2" birkaç Phobos resmi gönderebilmiş (sağda), uydudan zayıf fakat sürekli bir gaz çıkışı saptamış, ancak gazın tabiatı anlaşılamadan araçla iletişim kopmuştur. En olası tahmin sudur.

Phobos yüzeyinde en belirgin olan Hall'ın Stickney ismini verdiği (karısının kızlık adı) büyük kraterdir. Krater çevresindeki uzun yarık ve çiziklerin de aynı çarpışma sonucu olduğu sanılmaktadır.
Phobos ve Deimos'un Mars çekimine kapılmış asteroidler olduğu inancı bir hayli yaygındır, ana asteroid kuşağından değil de Güneş Sistemi dışından gelmiş oldukları gibi spekülasyonlar mevcuttur.