По классификации тел Солнечной системы спутники Марса Фобос и Деймос - это малые тела. Изображения Фобоса и Деймоса показывают, что оба они имеют неправильную форму, которая может быть аппроксимирована эллипсоидом, размеры которого для Фобоса составляют 13,3х11,1х9,3 км, для Деймоса – 7,5х6,2х5,2 км. Большая ось эллипсоидов для обоих спутников направлена на Марс, и оба спутника вращаются вокруг Марса синхронно.

Орбиты спутников практически круговые с радиусом 9378 км (2,76 RМ) и 23459 км (6,9 RМ) для Фобоса и Деймоса, соответственно. Плоскости орбит обоих спутников близки к экваториальной плоскости Марса и наклонены под углом ~240 к плоскости эклиптики. Период обращения Фобоса вокруг Марса 7 час. 39 мин., для Деймоса эта величина составляет 30 час. 21 мин. Учитывая, что продолжительность марсианских суток 24 ч 39,5 мин (мало отличается от земных), Фобос за это время три раза восходит над горизонтом на западе Марса и заходит на востоке.

Наземные измерения параметров орбиты Фобоса показывают, что она медленно меняется - Фобос по очень пологой спирали приближается к Марсу (за каждые 100 лет высота орбиты Фобоса уменьшается на 9 м). Причинами такого изменения орбиты, так называемого векового ускорения, являются приливные потери орбитальной энергии. Орбита Фобоса настолько близка к Марсу, что находится в пределах зоны (т.н. предел Роша), внутри которой приливные силы стараются его разрушить. Оценки дальнейшей эволюции орбиты Фобоса показывают, что через несколько десятков миллионов лет (мгновение в истории Солнечной системы) спутник неминуемо разрушится и упадет на Марс.

Другой интересной особенностью Фобоса, связанной с движением Фобоса, является его либрация. Это спутник является уникальным объектом среди известных синхронно вращающихся спутников планет в Солнечной системе, так как имеет, по-видимому, наибольшую амплитуду либрации. Основной причиной этого является тот факт, что период свободной либрации этого спутника (~10 час.) близок к периоду орбитального вращения (~7,7 час.). По точным измерениям амплитуды либрации можно определить моменты инерции Фобоса, что важно для исследований распределения масс (внутренней структуры) Фобоса. Точные измерения расстояний от Земли до Фобоса с посадочного аппарата на поверхности Фобоса даст возможность существенно улучшить некоторые параметры небесной механики, улучшит знание массы некоторых астероидов, находящихся за орбитой Марса.

Поверхности обоих спутников кратерированы, однако, топографически они сильно отличаются. Фобос имеет множество глубоких почти прямых параллельных борозд 100-200 м шириной и 10-20 м глубиной.