為了論述完整，此處我們還要對火星在軌道上的運動情況做進一步解釋。火星運動與地球運動的組合使得我們可以周期性地觀測到火星。
我們在第二章中闡述了人類是如何從地麵天文台觀測到了各種行星。由於行星在太空中連續占據的不同位置，我們每一次觀測到的結果都與之前有所不同。鑒於火星距離太陽比地球更遠，它不可能像水星和金星那樣出現介於地球和太陽之間的情況，所以火星不會呈現出類似水星或金星那樣的一係列相位。如同其他所有距離太陽更遠的行星，火星被照亮的半球總是朝向地球。當火星衝日且和地球之間的距離最近時，就是我們觀測火星的最佳時機。
如果火星和地球的軌道呈圓形且同心，那麽每次火星衝日都在同樣的條件下產生，且兩顆行星之間的距離每次都相同；然而，我們已知實際情況與此截然不同，火星軌道的偏心率使得衝日的火星與地球之間的距離每次都大相徑庭。這些差量非常明顯，我們有必要明確它們的數值，因為這對天文觀測的難易程度能造成顯著影響，尤其當我們所用儀器的光學性能欠佳時。
當火星運行到太陽背麵發生上合時，火星正好在遠日點附近，此時它與地球的距離最遠；如果衝日的火星正好在近日點附近，那麽此時它與地球的距離最近。這兩種情況下的火地距離相差極大，由於這些不同的距離，我們所看到的火星視大小也不一，相差最大時就如上方的插圖所示。火星最大視直徑為25角秒，此時的觀測效果最佳，隻需放大75倍，天文觀測儀視域中的火星理論上就能和我們用裸眼看到的月麵大小相當，因此我們能在某些時刻卓有成效地進行火星觀測，尤其當大氣條件允許我們使用高放大倍數的大型天文望遠鏡時，但根據上文所示的火星和地球運動的組合，最有利的觀測條件每15年才出現一次。