此次發射的火星探測器由“痕量氣體軌道探測器（TGO）”和名為“斯基亞帕雷利”的著陸器組成。其中TGO可檢測火星大氣中的甲烷和其他痕量氣體，以及火星土壤中固態水的分布，為火星存在或曾經存在過有機生命提供有力證據。著陸器則主要測量火星表面的大氣顆粒、風速氣溫等數據，也為后續發射的火星漫游車做技術準備。

按照計劃，火星探測器將飛行約7個月時間，10月16日軌道器與著陸器進行分離；10月19日軌道器進入火星環繞軌道，著陸器進行著陸；在進行點火制動后軌道器將進行為期半年的火星大氣制動，擬于2017年中期開始進行相關科學試驗。

ExoMars任務的第二階段將向火星發射俄制著陸平臺和歐空局研制的火星車，核心任務是利用火星車攜帶的鉆探工具和儀器對火星土壤進行鉆孔分析。科學家們相信，在數米厚的火星土壤層下可能會發現有機生命體存在的痕跡。第二階段任務很可能要推遲到2020年進行，目前歐俄正就該問題進行討論。