“凤凰号”探测器是一个由3条腿支持的平台，平台直径1.5米，高约2.2米，其中心是一个多面体仪器舱，舱左右两侧各展开一面正八边形太阳能电池阵，跨度5.52米。与“火星极地着陆器”相比，“凤凰号”探测器的最大变化是提高了太阳能电池的性能。
“凤凰号”探测器将携带7种科学探测仪器，分别是：
(1)机械臂(RA)
它是“凤凰号”探测器上最重要的设备，用以挖取火星表面及表面下层的土壤样品。它将挖得的样品送入着陆器搭载的“显微镜电化学与传导性分析仪”和“热与气体分析仪”中进行化验分析。
机械臂长2.35米，有4个自由度，末端装有锯齿形刀片和波纹状尖锥，能在坚硬的极区冻土表面，挖掘1米的深坑。机械臂还可为装在臂上的相机调整指向，引导测量热与电传导性的探测器插入土壤。
(2)显微镜电化学与传导性分析仪(MECA)
它是在“火星勘探者”计划中用的仪器基础上略加改进而成，包括湿化学实验室、光学显微镜、原子力显微镜和热与电传导性探测器4台仪器，用以检测土壤的元素成分以及给土壤样品拍摄成像。
(3)热与气体分析仪(TEGA)
它包括微分扫描热量计和质谱仪两部分，用以对土壤样品的吸热和散热过程进行观测记录，并对加热后释放出的挥发物进行分析。
(4)表面立体成像仪(SSI)
用以测绘高分辨率的地质图和机械臂作业区地图，进行多光谱分析和大气观测。
(5)机械臂相机(RAC)
用以拍摄机械臂采集的土壤样品的高分辨率图像，分析土壤颗粒的类型和大小。
(6)火星下降成像仪(MARDI)
用以在“凤凰号”下降过程中拍摄火星表面，堪察着陆点附近的地质情况。
(7)气象站(MS)
这是为“凤凰号”着陆器惟一专门研制的新仪器。它由激光雷达和温度压力测量装置两部分组成，用以了解当地大气的特性。
