Fou llançat al desembre del 1996 i arribà a Mart el 24 d’octubre de 2001. Des del febrer del 2002 a l’agost del 2004 la sonda es dedicà a analitzar la quantitat i distribució dels elements químics i materials que formen la superfície marciana. L’estudi de la distribució d’hidrogen permeté descobrir grans quantitats d’aigua glaçada per sota de la superfície de les regions polars. A més, mesurà els nivells de radiació al voltant del planeta, determinant el perill que aquestes podrien suposar per a les missions tripulades que algun dia es podrien dur a terme. Les imatges i dades aconseguides per la sonda es feren servir per a identificar possibles llocs d’aterratge de futures missions, en particular dels dos vehicles automàtics Spirit i Opportunity, que arribaren a Mart al gener del 2004. La Mars Odissey funcionà com a estació repetidora per a enviar a la Terra les dades obtingudes per aquests vehicles.Aquesta missió és un exemple de la nova política de missions menys ambicioses i menys costoses.