“鳳凰”號於2007年8月從美國佛羅里達州卡納維拉爾角發射，經過4.22億英里的長途跋涉才來到火星。按計畫，鳳凰號將在火星實施為期90天的探測任務，以對這個紅色星球之前尚未探測過的北極地區展開勘測，據認為此處可能有大量冰藏在地表下面。“鳳凰”號缺乏探測外星生命跡象的工具，不過，它將研究冰是否融化過，尋找北極永凍土中有機化合物的蹤跡，以確定生命是否曾經在此出現過。
“鳳凰”號的著陸地點設在緯度同地球格陵蘭或阿拉斯加州北部相當的廣闊淺谷。與利用安全氣囊反彈到降落地點的姊妹火星漫遊者“勇氣”號和“機遇”號不同，這顆著陸器是利用反衝火箭下降，能更加準確地降落在預定地點。這種推進降落方法也更適用於更加沉重的飛船降落，美國宇航局需要利用這種方法支持可能的人類火星探索。據稱，“鳳凰”號在火星表面著陸的成功率並不高。從歷史上來看，55%嘗試著在火星表面降落的努力都以失敗而告終，而“鳳凰”號利用的著陸方法已經有32年沒有嘗試過。
成功著陸後，重約772磅(約合350公斤)的“鳳凰”號將在原地等候15分鐘，待著陸掀起的塵埃物質落定，它將展開太陽能電池板，升起氣象天線桿，將周圍環境的第一批照片傳回地面。在接下來的幾個火星日，“鳳凰”號將檢查機載儀器，伸展機械臂鏟起第一堆火星土壤樣本。一個火星日約比地球上的一天長40分鐘。在度過第10個火星日之前，“鳳凰”號將進入“挖掘”階段，每天有兩小時用來挖土壤，這個階段預計將占據此次任務的絕大部分時間。
“鳳凰”號的設計壽命為90天，儘管科學家表示，“鳳凰”號的使用壽命可能會延長一個月左右，在晚夏或初秋繼續看到它的身影，不過它在火星上探測的時間絕對不會有“勇氣”號和“機遇”號那么長。這是因為“鳳凰”號上的太陽能電池板不能產生足夠多的能量，令其安然度過火星冬天。阿韋德森說：“它的三隻腳會深深嵌入地下，上面沾滿乾冰，太陽又會在地平線以下。”言下之意，“鳳凰”號不能通過太陽能電池板獲取大量能量。
