Im Jahr 2400 beginnt die Menschheit, den Planeten Mars zu terraformen. Riesige Konzerne, die von der Weltregierung auf der Erde unterstützt werden, starten große Projekte, um die Temperatur, den Sauerstoffgehalt und die Ozeanabdeckung zu erhöhen, bis die Umwelt bewohnbar ist. In Terraforming Mars spielst du einen dieser Konzerne und arbeitest gemeinsam am Terraforming-Prozess, während du gleichzeitig um Siegpunkte konkurrierst, die nicht nur für deinen Beitrag zum Terraforming vergeben werden, sondern auch für den Ausbau der menschlichen Infrastruktur im ganzen Sonnensystem und für andere lobenswerte Dinge.

Als Spieler erwirbst du einzigartige Projektkarten (aus über zweihundert verschiedenen), indem du sie auf deine Hand nimmst. Die Karten können dir sofortige Boni geben und deine Produktion verschiedener Ressourcen erhöhen. Viele Karten haben auch Anforderungen und werden spielbar, wenn die Temperatur, der Sauerstoffgehalt oder die Ozeanabdeckung ausreichend steigen. Karten zu kaufen ist teuer, daher gilt es, ein Gleichgewicht zwischen dem Kauf und dem tatsächlichen Ausspielen der Karten zu finden. Standardprojekte stehen dir immer zur Verfügung, um deine Hand zu ergänzen. Dein Grundgehalt sowie dein Grundpunktestand basieren auf deinem Terraformwert. Dein Einkommen wird jedoch durch deine Produktion erhöht, und Siegpunkte kannst du auch aus vielen anderen Quellen gewinnen.

Du behältst deine Produktion und Ressourcen auf deinem Spielertableau im Auge. Das Spiel nutzt sechs Arten von Ressourcen: Megacredits, Stahl, Titan, Pflanzen, Energie und Wärme. Auf dem Spielbrett konkurrierst du um die besten Plätze für deine Stadttafeln, Ozeantafeln und Begrünungstafeln. Du kämpfst auch um verschiedene Meilensteine und Auszeichnungen, die viele Siegpunkte wert sind. Jede Runde wird als Generation bezeichnet und besteht aus den folgenden Phasen:

1. Die Spielerreihenfolge verschiebt sich im Uhrzeigersinn.
2. Forschungsphase: Alle Spieler kaufen Karten aus vier privat gezogenen Karten.
3. Aktionsphase: Die Spieler führen abwechselnd 1–2 Aktionen aus den folgenden Optionen aus: eine Karte spielen, einen Meilenstein beanspruchen, eine Auszeichnung finanzieren, ein Standardprojekt nutzen, Pflanzen in Begrünungstafeln umwandeln (und dadurch den Sauerstoffgehalt erhöhen), Wärme in eine Temperaturerhöhung umwandeln und die Aktion einer Karte nutzen, die sich bereits im Spiel befindet. Die Runde geht reihum weiter (manchmal über mehrere Runden), bis alle Spieler gepasst haben.
4. Produktionsphase: Die Spieler erhalten Ressourcen entsprechend ihrem Terraformwert und ihren Produktionsparametern.

Wenn die drei globalen Parameter (Temperatur, Sauerstoffgehalt und Ozeane) alle ihre erforderlichen Werte erreicht haben, ist das Terraforming abgeschlossen, und das Spiel endet nach dieser Generation. Kombiniere deinen Terraformwert mit deinen übrigen Siegpunkten, um den siegreichen Konzern zu bestimmen!