On compte donc huit axes de recherches :

- Recenser les différents composés organiques sur la planète Mars. Un composé organique est une molécule qui contient au moins un atome C relié à un atome H
- Quantifier les différents éléments chimiques : Carbone, Oxygène, Hydrogène, Soufre, Phosphore, Azote.
- Chercher des molécules organiques qui peuvent être les fossiles d’anciennes activités énergétiques et biologiques qui se déroulent dans le corps d’un être vivants. On aurait ici témoignage d’ancienne vie sur Mars à travers la présence de métabolisme.
- Différencier les couches présentes à la surface de Mars d’un point de vue minéralogique et chimique.

- De cela, on pourra comprendre les mécanismes de formation et d’altération des roches ainsi que leur évolution à travers le temps.
- La mission Curiosity doitégalement retracer l’évolution de l’atmosphère de Mars.
- Quantifier les proportions d’eau et de dioxyde Carbone à la surface de Mars sous leurs différentes formes. Ainsi, on pourra définir un cycle de l’eau propre à Mars.
- Mesurer le spectre large des différentes radiations qui touchent la surface de Mars. On pourra alors déduire quels types de rayons touchent la surface de Mars. On peut citer comme exemple les ondes radio, les micro-ondes, les infrarouges, les rayonnements visibles, les rayons ultraviolets, les rayons X ou encore les rayons gamma, pour les longueurs d’ondes les plus fortes.

Pour arriver à concrétiser ces axes de recherches, le Rover Curiosity est armé de dix instruments scientifiques et il va visiter des sites qui lui permettront de trouver les échantillons correspondants aux différents objectifs.