Sedimen kutub, es tanah, dan glasier
Di setiap tiang terdapat timbunan sedimen yang kaya dengan air-ais berlapis halus setebal 3 km (2 batu) dan berumur hanya beberapa puluh juta tahun. Lapisan terdedah di sekitar pinggiran sedimen dan di lembah yang keluar dari kutub. Pada musim sejuk sedimen ditutup dengan fros karbon dioksida, tetapi terdedah pada musim panas. Di kutub utara mereka memanjang ke selatan hingga 80 ° garis lintang. Di kutub selatan, jaraknya kurang jelas, tetapi nampaknya jaraknya lebih jauh dari tiang daripada di utara. Lapisan itu dipercayai disebabkan oleh variasi bahagian debu dan ais, mungkin disebabkan oleh perubahan kecondongan paksi putaran (serong). Pada ketinggian yang tinggi, ais air dihalau dari kutub, mungkin menyebabkan baki ais air hilang sepenuhnya dan ais disimpan pada garis lintang yang lebih rendah. Pada ketinggian yang rendah, penutup air-ais berada pada tahap maksimum. Variasi kelonggaran juga mempengaruhi kejadian ribut debu dan pemendapan debu di kutub. Deposit mempunyai usia muda kerana semuanya telah terkumpul sejak tempoh terakhir dengan kecenderungan tinggi ketika sedimen sebelumnya dikeluarkan. Satu keanehan sedimen di kutub utara adalah bahawa mereka dikelilingi oleh, dan mungkin bergantung pada, sebuah ladang gundukan yang luas yang kaya dengan gipsum mineral sulfat.
Dalam keadaan sekarang, pada garis lintang lebih tinggi daripada 40 °, ais tanah stabil secara kekal pada kedalaman kurang dari 1 meter (3 kaki) di bawah permukaan kerana suhu di sana tidak pernah melebihi titik beku. Di atas garis lintang 60 ° ais cukup dangkal sehingga dapat dikesan dari orbit. Es juga dijumpai tepat di bawah permukaan oleh pendarat Phoenix pada 68 ° N. Pada garis lintang lebih tinggi dari 40 °, kawah hentaman baru-baru ini telah menggali permukaan hingga kedalaman lebih dari 2 meter (7 kaki), yang menunjukkan es tanah. Terdapat juga banyak ciri permukaan yang disebabkan oleh adanya ais tanah yang banyak. Ini termasuk tanah retak poligon yang serupa dengan yang terdapat di wilayah permafrost terestrial dan pelunakan umum di muka bumi, mungkin disebabkan oleh aliran bahan permukaan yang disekat oleh ais. Ciri khas dari garis lintang 40 ° –60 ° yang menunjukkan ais adalah kehadiran apron serpihan di dasar lereng curam. Bahan yang ditumpahkan dari lereng nampaknya mengalir puluhan kilometer dari lereng, dan radar yang menembus tanah menunjukkan bahawa apron mengandung pecahan besar es.
Semasa tempoh serong yang tinggi, ais digerakkan dari kutub yang terkumpul di permukaan pada garis lintang yang lebih rendah, mungkin untuk membentuk glasier. Pemodelan peredaran atmosfera menunjukkan bahawa lokasi pilihan untuk pengumpulan ais dalam tempoh ini adalah lereng barat gunung berapi Tharsis dan timur laut lembangan Hellas. Semua lokasi ini kaya dengan ciri aliran dan bentuk muka bumi yang serupa, yang menunjukkan bahawa glasier memang ada sebelumnya.
Alat radar di atas kapal angkasa Mars Express mengesan kemungkinan tasik air cair di bawah topi ais kutub selatan. Kerana suhu tanah di bawah penutup kutub diyakini sekitar −68 ° C (−90 ° F), air di tasik pasti sangat masin.
Wilayah kutub utara juga mengandungi kawasan bukit pasir terbesar di Marikh. Bukit pasir, yang menempati bagian utara dataran yang dikenal sebagai Vastitas Borealis, membentuk sebuah band yang hampir sepenuhnya mengelilingi topi sisa kutub utara. Interlayering pasir dan salji karbon dioksida bermusim dapat dilihat di beberapa lokasi, menunjukkan bahawa bukit pasir aktif pada sekurang-kurangnya skala waktu bermusim.
