Zdjęcia do "Misji na Marsa" rozpoczęły się w plenerach Vancouver w Brytyjskiej Kolumbii w Kanadzie. Ukończono je na 15 dni przed terminem.
Dekoracje przedstawiające wnętrza centrum dowodzenia, statków i bazę na Marsie zbudowano w atelier w Bridge Studios nieopodal śródmieścia Vancouver. Ogromne studio o wymiarach 26x143x15m należy do największych w Ameryce Północnej. Niegdyś mieściła się w nim fabryka Dominion Bridge Works, w której wyprodukowano części do budowy mostu Golden Gate.
Dekoracje przedstawiające powierzchnię Marsa wybudowano na wydmach na przedmieściach Richmond, na zachód od Vancouver.
Druga ekipa pod wodzą Erica Schwaba, który współpracuje z Brianem De Palmą od czasu "Ofiar wojny", filmowała elementy marsjańskiego krajobrazu w plenerach starożytnego miasta Petra oraz w Diseh w rejonie Wederum w Jordanii, a także na wyspie Lanzarote na Wyspach Kanaryjskich.
Model statku ratunkowego zbudowano w studiu efektów specjalnych Dream Quest Images w Los Angeles, pozostałe modele w Industrial Light and Magic.
Brian De Palma zgromadził na planie ekipę, z którą współpracuje od lat. Operator Stephen H. Burum jest autorem zdjęć do siedmiu jego filmów: "Oczu węża", "Mission: Impossible", "Życia Carlita", "Mojego brata Kaina", "Ofiar wojny", "Nietykalnych" i "Świadka mimo woli". Nagrodzony Oscarem za "Gwiezdne wojny" Paul Hirsch montował dziewięć filmów reżysera: "Mission: Impossible", "Mojego brata Kaina", "Wybuch", "Furię", "Carrie", "Obsesję" ("Obsession"), "Upiora w raju" ("Phantom of the Paradise"), "Siostry" ("Sisters") oraz "Cześć mamo!". Koordynator efektów specjalnych Garry Elmendorf sprawował tę funkcję już przy "Oczach węża".
Brian De Palma przywiązuje ogromną wagę do topografii miejsca akcji, a wiele scen w "Misji na Marsie" rozgrywa się w przestrzeni, której... nie ma - przestrzeni kosmicznej. „Musieliśmy stworzyć wszystko od podstaw” - mówi. Reżyser posługiwał się animacją komputerową i animowanym scenopisem obrazkowym, dzięki którym mógł symulować sceny akcyjne przed rozpoczęciem zdjęć. Pomógł mu w tym montażysta Paul Hirsch, który dołączył do ekipy już na pięć tygodni przed rozpoczęciem zdjęć, co uznać należy za ewenement.
Brian De Palma mówi: „Musieliśmy opracować koncepcję przestrzeni, zaprojektować ją w pamięci komputera, a następnie odtworzyć w studio. Nie mogliśmy opierać się na istniejących elementach, takich jak na przykład ciekawe motywy architektoniczne, wszystko musieliśmy wymyślić sami. Stało się to możliwe dzięki zaawansowanym technikom komputerowym, które dają dziś filmowcom nieograniczone możliwości”.
Scenografia do "Misji na Marsa" jest dziełem Eda Verreaux, z którym De Palma współpracował po raz pierwszy. Verreaux pracował przy takich filmach jak "Kontakt", "Poszukiwacze zaginionej arki", "Duch" ("Poltergeist"), "Indiana Jones i Świątynia Zagłady", "Max Max III - Pod kopułą gromu", "Indiana Jones i ostatnia krucjata" i "Powrót do przyszłości III", pomógł też powołać do życia słynnego E.T.. Zbudowane przez niego wnętrza statków wzbudziły entuzjazm konsultantów z NASA. Miałem wrażenie, że mogę wsiąść do któregoś z nich i odlecieć - mówi Joe Allen.
W filmie wykorzystano projekty podobne do tych, które NASA planuje wykorzystać podczas przyszłej wyprawy na Marsa. Pomysł samej wyprawy zaczerpnięto z wspomnianej książki Roberta Zubrina "The Case For Mars". Składa się ona z kilku etapów. Najpierw wysyła się w kosmos sondy, które zbierają informacje o planecie, zanim wyląduje na niej człowiek. Potem wysyła się bezzałogowy, w pełni zautomatyzowany statek, który ma dość paliwa, by po trzech miesiącach dolecieć do Marsa i wylądować. Po wylądowaniu może z kolei produkować paliwo z marsjańskiej atmosfery i gleby. Paliwo to wykorzysta następnie zabierając astronautów w drodze powrotnej. Kiedy wszystko jest przygotowane, na Marsa wyrusza misja załogowa, która po sześciu miesiącach ląduje na planecie. Statek, którym leci, jest lżejszy, bo wcześniej przetransportowano na Marsa całe potrzebne wyposażenie.
Scenograf Ed Verreaux przystąpił do pracy na osiem miesięcy przed rozpoczęciem zdjęć. Największy ze statków, który zaprojektował, ma ogromne, wysokie na trzy i pół piętra koło przypominające diabelski młyn. Podobną wirówkę ma mieć budowana przez NASA stacja kosmiczna. Jej zbudowanie zajęło koordynatorowi efektów specjalnych Garry'emu Elmendorfowi ("Oczy węża", "Szósty zmysł") i jego czterdziestodwuosobowej ekipie pięć tygodni. Koło miało średnicę 11 metrów, ważyło 30 kg, a napędzane silnikiem hydraulicznym o mocy 100 koni mechanicznych obracało się o 6 metrów na sekundę (po obwodzie). „Hydrauliczne cylindry i silnik pozwalały nam kontrolować prędkość, z jaką się obracało z dokładnością do kilku centymetrów na sekundę” - mówi Garry Elmendorf. Było to o tyle ważne, że do wirującego koła przypasano troje odtwórców głównych ról, Gary'ego Sinise, Connie Nielsen i Jerry'ego O'Connella. O ich bezpieczeństwo dbał koordynator pracy kaskaderów Jeff Habberstad. Wprawdzie Sinise siedzi podczas trwania całej sceny, ale Nielsen i O'Connell muszą stać, a nawet wspinać się po drabinie, która przebiega przez środek koła. To był prawdziwy koszmar. „Musiałem zapewnić im wystarczającą swobodę ruchów, by mogli chodzić i wspiąć się po drabinie wchodząc jednocześnie w stan nieważkości” - mówi Garry Elmendorf.
Aktorzy sami wykonali większość popisów kaskaderskich, zyskując sobie niekłamany podziw odpowiedzialnego za ich bezpieczeństwo Jeffa Habberstada, który mówi: „Najtrudniej przyszło nam ‘załadowywanie’ i ‘rozładowywanie’ aktorów. Najwięcej czasu zajmowało nam ‘ładowanie’ Gary'ego, zaczynaliśmy więc od niego. Kiedy ‘ładowaliśmy’ pozostałych, on musiał wisieć głową w dół. W czasie kręcenia kolejnych dubli wykonywał trzy pełne obroty, a Jerry – dwa”.
Ed Verreaux z dumą opowiada o tym, jak Story Musgrave odwiedził go na planie: "To prawdziwe dzieło sztuki" - powiedział na widok dekoracji przedstawiającej wnętrze statku. „Długo siedział w kokpicie. Miałem wrażenie, że poczuł się, jakby znów wyruszał w kosmos” - mówi.
