Lancée le 4 Août 2007, cette sonde s'est posée en douceur sur la planète Mars (près de la calotte glaciaire Nord) le 25 Mai 2008.

Différentes photographies réalisées par Phoenix ont montré la disparition d'une matière blanche contenue dans une tranchée creusée par le bras robotisé de la sonde. La NASA a affirmé que cette matière est de la glace d'eau qui s'est sublimée à la suite de son exposition au soleil29.
Le 31 juillet 2008, la présence d'eau gelée dans le sol martien du pôle nord est confirmée, grâce à l'analyse d'un échantillon prélevé par le bras robotique de Phoenix, relevant des vapeurs dégagées par la chaleur. L'existence de cette glace d'eau était déjà connue grâce aux observations de Mars Odyssey et de Phoenix réalisées en juin 2008