La lava de los principales volcanes de Tharsis, el gas carbónico y la presión ejercida en la superficie del planeta por la masa de estas montañas han deformado el relieve, creado valles y permitido la presencia de agua en forma líquida. Tharsis forma un montículo que se eleva a 10 kilómetros por encima de los valles circundantes y con una extensión de 30 millones de kilómetros cuadrados.

Tres volcanes antiguos, todavía visibles, forman la cadena montaños de Tharsis. Los volcanes de esta región habrían estado activos entre 4,6 y 3,5 miles de millones de años atrás. En un principio, estos volcanes crearon dos zonas de altitud: la de Tharsis, en el lado opuesto del planeta, y la de Arabia, a causa de la presión aplicada sobre el planeta por las lavas de Tharsis. La formación de estas dos protuberancias provocó una red de valles y de fallas.

Por otra parte, el magma de los volcanes de Tharsis habría producido el gas carbónico suficiente para formar una cpa atmosférica, permitiendo así el mantenimiento de agua en forma líquida sobre el planeta. En una fase posterior, los volcanes decrecieron y el gas carbónico y el agua desaparecieron a lo largo de varios cientos de millones de años. La temperatura en la superficie del planeta habría descendido entonces por debajo de los cero grados.