På lång sikt tror många att mänskligheten kommer att behöva mer utrymme. Även om det är troligt att jorden skulle kunna rymma många fler miljarder människor utan att trängas – så länge jordbrukets produktivitet ökas och en övergång till förnybar energi görs – så kan människor så småningom behöva leva utanför planeten. Det mest uppenbara målet för sådan kolonisering är Mars, som ligger bara 60 % längre bort från solen än vad jorden är, och som är den enda inre planet förutom jorden som har en mild temperatur och tryck. Mars yta är cirka 29 % av jordens, en yta som är jämförbar med den för alla kontinenter tillsammans, inklusive Antarktis. Några grundläggande scheman för att terraforma Mars innebär att höja temperaturen och atmosfärstrycket på planeten och att hitta sätt att frigöra vatten och syre.
Den hypotetiska processen att göra en annan planet mer jordliknande har kallats terraforming, och terraforming av Mars är en ofta nämnd möjlighet i terraformningsdiskussioner. För att göra Mars beboelig för människor och jordeliv krävs tre stora modifieringar. Först måste atmosfärens tryck ökas, eftersom trycket på Mars yta bara är ungefär 1/100 av jordens. Atmosfären skulle också behöva tillsats av syre. För det andra måste atmosfären hållas varm. En varm atmosfär skulle smälta de stora mängderna vattenis på Mars och lösa det tredje problemet, frånvaron av vatten.
Terraformning av Mars genom att bygga upp dess atmosfär skulle kunna initieras genom att höja temperaturen, vilket skulle få planetens enorma CO2-isreserver att sublimera och bli atmosfärisk gas. Den nuvarande medeltemperaturen på Mars är -51°F (−46°C), med lägsta temperaturer på -125°F (−87°C), vilket betyder att allt vatten och mycket koldioxid är permanent fruset. Det enklaste sättet att höja temperaturen verkar vara genom att föra in stora mängder CFC – klorfluorkolväten, en mycket effektiv växthusgas – i atmosfären, vilket skulle kunna göras genom att skicka raketer fyllda med komprimerade CFC på kollisionskurs med Mars.
Efter nedslaget skulle CFC:erna driva genom Mars atmosfär, vilket orsakade en växthuseffekt som skulle höja temperaturen, vilket leder till att CO2 sublimeras och ytterligare fortsätter uppvärmningen och atmosfärisk uppbyggnad. Sublimeringen av gas skulle generera massiva vindar, som skulle sparka upp stora mängder dammpartiklar, vilket skulle värma planeten ytterligare genom direkt absorption av solens strålar. Efter några år skulle de största dammstormarna avta och planeten kunde bli beboelig för vissa typer av alger och bakterier, som skulle fungera som föregångare till allt annat liv. I en miljö utan konkurrenter och rik på CO2 skulle de trivas. Detta skulle vara det största steget i att terraforma Mars.
Med tiden skulle algerna och bakterierna spridas över planeten och göra marken grön, vilket skulle minska Mars albedo eller reflekterande förmåga och därigenom absorbera ännu mer värme. Så småningom skulle temperaturen i många områden överstiga fryspunkten för vatten, och atmosfärstrycket skulle öka på grund av alla frigjorda gaser och korsa den magiska linjen där bildningen av flytande vatten blir möjlig. Vid denna tidpunkt skulle människor på planeten behöva lite mer än en syretank för att överleva i det fria. På längre sikt kan stora mängder syre frigöras genom att bearbeta oxidmetaller som finns på ytan. Att terraforma Mars kan ta årtionden eller till och med århundraden, men många känner att det nya utrymmet det gav oss skulle vara värt det.