Phobos est le plus grand des deux satellites de Mars, l'autre étant Deimos ; des deux, il est le plus proche de la planète Mars. Les noms de ces deux satellites proviennent de Phobos (peur en grec) et Deimos (terreur), les deux jumeaux du dieu Arès de la mythologie grecque (Mars pour les Romains).

Phobos, se déplaçant à moins de 6000 km de la surface de Mars, est plus proche de sa planète que toute autre lune du système solaire. C'est également l'une des plus petites lunes du système solaire.

Phobos fut découvert le 18 août 1877 par Asaph Hall et fut photographié par les sondes Mariner 9 en 1971, Viking 1 en 1977, Phobos 2 en 1988, et par Mars Global Surveyor en 1998 et en 2003.

Phobos orbite autour de Mars à une altitude plus basse que celle de l'orbite synchrone (similaire à l'orbite géostationnaire sur Terre), ce qui signifie qu'il tourne autour de Mars plus vite que Mars tourne sur lui-même. Son orbite est si basse que dans les régions polaires (à partir de ~69° de latitude), il n'est jamais visible au-dessus de l'horizon. Phobos se lève à l'ouest, traverse rapidement le ciel martien (en 4 h 15 min) et se couche à l'est, et ceci environ deux fois par jour (à 11 h 6 min d'intervalle). De plus, pour un observateur équatorial, Phobos donne visiblement l'impression qu'il « tombe » lors de chaque passage : sa taille apparente est de 0,14° au lever, et grossit jusqu'à atteindre 0,20° au zénith (une augmentation de 45%). À titre de comparaison, le Soleil a une taille apparente de 0,35° dans le ciel martien.

Cette orbite surbaissée signifie aussi que Phobos sera un jour détruit ; en effet, les forces de marée abaissent son orbite encore plus (actuellement à une vitesse de 1,8 mètre par siècle) et dans 50 à 100 millions d'années il s'écrasera sur Mars ou, plus probablement, se sera déjà brisé et formera un anneau planétaire autour de Mars.

Phobos est un corps sombre dont la composition semble être similaire à celle des astéroïdes de type C (chondrite carbonée) qui existent dans la ceinture d'astéroïdes externe. La densité de Phobos est trop faible pour qu'il soit constitué entièrement de roches ; il est probablement composé en partie de roches et en partie de glace.

La sonde soviétique Phobos 2 détecta que des gaz s'échappaient de Phobos en quantité faible mais régulière. Malheureusement la sonde tomba en panne avant d'avoir pu déterminer la nature de ce gaz, mais il s'agit fort probablement de vapeur d'eau. Des images récentes provenant de Mars Global Surveyor montrent que Phobos est recouvert d'une couche de fine poussière d'environ un mètre d'épaisseur, similaire aux régolites recouvrant la Lune.

De part sa composition très différente de celle de Mars, on pense que Phobos serait à l'origine un astéroïde qui aurait été capturé par Mars, bien qu'aucun mécanisme de capture plausible n'ait pu être proposé jusqu'ici. Cet astéroïde proviendrait probablement de la ceinture principale d'astéroïdes, qui s'étend entre Mars et Jupiter.

De nombreux cratères sont présents à la surface de Phobos. Le plus grand de ces cratères est nommé Stickney, du nom de jeune fille de l'épouse d'Asaph Hall. Comme le cratère Herschell sur la lune Mimas, mais à une échelle plus petite, l'impact qui a créé le cratère Stickney a quasiment détruit Phobos. Les sillons présents à la surface de Phobos sont aussi probablement dus à cet impact.