Amennyiben minden rendben történik, az űreszköz 679 millió kilométer megtétele után, 2008. május 25-én érkezik a Marshoz. Ha sikeres lesz a rendkívül nehéznek ígérkező leszállási manőver, a szonda három hónapot tölt a bolygón. A költséges műszerekkel felszerelt Phoenix elsődleges feladata az lesz, hogy a vörös bolygó sarkvidékének fagyott talajából vett jégminták megolvasztásával vizet nyerjen, s azt vizsgálat alá vonva utánajárjon annak, hogy a marsi víz alkalmas-e, vagy alkalmas volt-e valamikor akár a legprimitívebb életformák hordozására.