Nepilotovaná sonda zostane približne tri roky na obežnej dráhe Marsu. Na Phobose má pristáť a odobrať najmenej desať gramov materiálu. Povrch bude skúmať aj rover IDEFIX, pomenovaný podľa psa komiksového hrdinu Asterixa.
MMX bude pozorovať aj druhý Marsov mesiac Deimos, na ňom však nepristane. Kapsula so vzorkami z Phobosu by sa mala následne vydať späť k Zemi a približne v roku 2031 pristáť v Austrálii.
Japonská vesmírna agentúra JAXA dúfa, že vzorky pomôžu vyriešiť dlhoročnú otázku pôvodu mesiacov Marsu. Podľa jednej z teórií vznikli z materiálu vyvrhnutého po zrážke veľkého vesmírneho telesa s Marsom. Druhá predpokladá, že Phobos a Deimos boli pôvodne asteroidmi z vonkajších oblastí Slnečnej sústavy, ktoré zachytila gravitácia Marsu.
Odpoveď by mohla vedcom pomôcť lepšie pochopiť, ako sa na kamenné planéty vrátane Zeme dostali voda, prchavé látky a organické zlúčeniny potrebné pre vznik obývateľného prostredia.