根据NASA报告，美国载人火星探测项目计划围绕火星运行一年半至两年，整个项目将动用三艘航天器。
NASA报告透露，在六名宇航员出发的半年前，NASA将发射两枚运载登月舱以及其他设备的无人运输火箭，两枚火箭将经过八个月的飞行进入火星轨道，随后NASA将发射搭载六名宇航员的宇宙飞船。
六名宇航员将首先登上“乘员探索飞行器”(The Crew Exploration Vehicle )，该飞行器随后将在环地球轨道低处与“火星转移飞行器”对接，然后“火星转移飞行器”经过六个月的飞行进入火星轨道。
宇航员将开展试验，以确定是否有可能踏上火星表面。
在火星表面，宇航员将首先进行一个简单测试，以确定是否有可能在火星呆上一段时间。当测试完成宇航员习惯了火星环境之后，他们将转到一个登月舱内，在那里呆上大约500天。
宇航员最终将乘坐“乘员探索飞行器”返回地球。
为了减少重量，“乘员探索飞行器”从火星起飞时将使用甲烷作为动力燃料。甲烷可以与二氧化碳发生化学反应，而二氧化碳占了火星大气层的95%。
2018年，NASA将开展“甲烷动力发动机”的研究。
此外，NASA计划在2011年发射“乘员探索飞行器”，将其送进国际空间站。
