本书的内容以“火星探测”为主题，采用了“模块—项目”的设计模式，每个模块都有规定的学习内容、设计意图和学习目的。每个模块中包含若干个项目，项目内容指向模块的目标设计，但各有侧重。

模块一 探索星空的人类视角
项目1 古人是怎样解释宇宙星空的
项目2 我们如何记录星空
项目3 宇宙的边界在哪里
项目4 “天眼”的前身是什么
项目5 宇宙在不断“膨胀”吗
项目6 地外“文明”会存在吗

模块二 冲破大气层的装备挑战
项目7 你知道纸飞机中的空气动力学原理吗
项目8 离开动力装置，飞行器仍能升空吗
项目9 如何设计穿越大气层的交通工具
项目10 飞行器的降落伞有什么用
项目11 怎样用智能方法模拟环绕路线
项目12 神奇的透视眼

模块三 留在太空上和地球印记
项目13 怎样接收来自太空的中国之声
项目14 中国北斗如何为人类导航
项目15 如何设计一座空间站
项目16 让我们一起寻找外星生命吧
项目17 跨越星际的微生物
项目18 如何让“祝融号”行稳致远呢

模块四 未来火星上的生活畅想
项目19 预防“天外来客”的保护伞
项目20 怎样建立火星“空调”的智能开关
项目21 如何为“火星运河”送去生命之源
项目22 “太空栽培”有何不同
项目23 点亮“火星之夜”的设想
项目24 让我们建一座“地球村”吧