Aki a földgömböt vagy a Mars világtérképét nézi, nem hagyhatja ki: a Naprendszer legnagyobb és leghosszabb kanyonja. A marsi egyenlítő mentén mintegy 4000 kilométer hosszan szeli át a Mars egyenlítőjét, és ha az Egyesült Államok területén helyezkedne el, New York Citytől San Franciscóig érne el. A kanyon feneke 11 kilométerrel a környező síkságok alá süllyed. Ez olyan mélység, mint az óceán néhány legmélyebb része itt a Földön. Ez a Valles Marineris, vagyis a Mariner-völgy, és annak nyugati nyúlványa, a Noctis Labyrinthus, az Éj Labirintusa.

Ez az egymáshoz kapcsolódó völgyek hatalmas halmaza a Tharsis vulkáni domborulat magasságától kelet felé terjed, amíg több csatornába és káoszos terepvidékbe ereszkedik. Természetes módon három szakaszra oszlik.

Nyugaton a Noctis Labyrinthus egymást keresztező zárt kanyonok és mélyedések hálózatából áll. Úgy tűnik, hogy ezek a környező fennsík töréseihez igazodnak. Keletebbre a Noctis Labyrinthusban a mélyedések kiszélesednek és elmélyülnek, és egyre összefüggőbbé válnak, ahogy összeolvadnak, hogy a Valles Marineris kelet-nyugati irányú fő kanyonjait alkossák. Kelet felé haladva a kanyonok sekélyebbé válnak, és a folyami jellegzetességek gyakoribbak. Végül a kanyonrendszer eltűnik a kaotikus terepben.

Bár a kanyonok sok jelét mutatják annak, hogy tavakat tartalmaznak, úgy gondolják, hogy maguk a kanyonok hatalmas méretű geológiai törésekkel alakultak ki. A kanyonok gigantikus grabenek. A graben egy olyan kéregdarab, amely a két oldalán nagyjából párhuzamos törések között esik le, amikor a kéreg feszültség alatt van. A tudósok nem tudják pontosan, mi indította el a folyamatot, de a legtöbben azt gyanítják, hogy a törés a tharsisi vulkáni tevékenység növekedésével függött össze.

A tavak, amelyeket valószínűleg talajvíz táplált, számos helyen – az Ophir Chasma és a Candor Chasma, hogy csak kettőt említsünk – réteges lerakódásokat képeztek a kanyonok alján. Még a Hebes Chasma zárt mélyedését is nagyrészt egy óriási mesa töltötte ki. A tudósok szerint ez olyan anyagból épült fel, amely földcsuszamlások során omlott le a falakról, amikor a Hebes vízzel telt meg.

A kanyon falai mentén lezajló földcsuszamlások voltak a fő folyamat, amely az egész kanyonrendszert megnagyobbította, a talajvízből származó fluviális tevékenységgel együtt. A tavak kelet felé, a regionális lejtőn lefelé folytak le. Ahogy kiáramlottak a kanyonokból, a kiáramló víz nagy árvízcsatornákat épített ki, amelyek végül az északi síkságra torkolltak.

A Földön nincs a Valles Marinerishez hasonló geológiai jellegzetesség. Legközelebbi párhuzamai a földi hasadékvölgyek, mint például a Kelet-Afrikában találhatóak. Ez a Vörös-tengertől dél felé halad Etiópián, Kenyán, Tanzánián keresztül Mozambikba. A kelet-afrikai hasadékban azonban sok aktív vulkán van, míg a Valles Marineris mentesnek tűnik tőlük, annak ellenére, hogy a Tharsis peremén fekszik. Az a kérdés, hogy a Valles Marineris hogyan született, hogyan öltött formát és hogyan növekedett, még mindig csak részben megoldott.