Oba měsíce Marsu jsou nepravidelného tvaru s největší pravděpodobností zachycené planetky, pocházející z oblasti hlavního pásu planetek. Zachyceny byly zřejmě vzájemnou kombinací gravitačních poruch působených Jupiterem a samotným Marsem. Podle jiné teorie mohly byt oba měsíce vyraženy z povrchu Protomarsu v době tvorby planety akrecí, při dopadech velkých planetesimál. Vzhledem ke spektroskopicky zjištěnému složení (podobnost s planetkami typu C a uhlíkatými chondrity) je pravděpodobnost jejich impaktního původu malá. Deimos byl objeven 11. srpna 1877, Phobos o několik málo dní později. Teprve v roce 1971 získali vědci díky sondě Mariner 9 představu o složení obou měsíců. Detailní obrázky povrchu obou měsíců přinesl až projekt Mars Orbiter Camera (v rámci Mars Global Surveyor), přibližně od roku 1998.