Konstrukcja i przebieg misji

Orbiter Mars 3 miał za zadanie fotografować Marsa z orbity, prowadzić badania atmosfery Marsa oraz temperatury gruntu, a także obserwacje topograficzne, monitorowanie wiatru słonecznego, badanie międzyplanetarnego i marsjańskiego pola magnetycznego, a także służył jako satelita komunikacyjny pomiędzy lądownikiem a kontrolą na Ziemi.

Podczas manewru wejścia sondy na orbitę wokół Marsa orbiter stracił część paliwa, wskutek czego nie wszedł na orbitę o okresie 20 godzin, lecz wszedł na orbitę o okresie równym 12 dni i 19 godzin.

Podczas trwania misji (tj. od grudnia 1971 do maja 1972, choć transmisje trwały aż do sierpnia) orbiter Mars 3 przesłał dużą ilość danych i zdjęć (łącznie z Mars 2 przesłał aż 60).

Lądownik Mars 3 był zamknięty w specjalnym module opadania, wyposażonym w spadochron oraz rakiety hamujące. Sam lądownik miał kształt podobny do lądownika sondy Łuna 9, jednak różnił się od niego znacząco. Był wyposażony w dwie kamery telewizyjne i spektrometr, oraz urządzenia do badania mechanicznych i chemicznych właściwości gruntu.

Lądownik wylądował na Marsie 2 grudnia 1971 o 13:49 czasu GMT (pięć dni po rozbiciu się identycznego lądownika sondy Mars 2), w kraterze Ptolemaeus, w miejscu o przybliżonych współrzędnych 45 S 158 W. Urządzenie rozpoczęło pracę, jednak po 14,5 s pracy łączność między lądownikiem a Ziemią zanikła. Jedyne dane przesłane przez lądownik to nieczytelny obraz.

Wewnątrz lądownika znajdował się łazik o nazwie PrOP-M (ros. Прибор оценки проходимости – Марс, „instrument oceny drożności – Mars”), który miał być wypuszczony za pomocą manipulatora i podjechać w pole widzenia kamer, z równoczesnym zatrzymywaniem się co 1,5 m na badania. Z powodu awarii lądownika łazik nie został wypuszczony.

Miejsce lądowania zostało sfotografowane przez sztucznego satelitę Marsa, amerykańską sondę Mars Reconnaissance Orbiter w 2007 r. W 2013 roku ogłoszono, że na zdjęciach prawdopodobnie widać lądownik Mars 3, jego spadochron, rakietowy silnik hamujący i osłonę termiczną.