Déimos (lune)
Pour expliquer l'orbite circulaire et la faible inclinaison des deux lunes, une autre hypothèse a été avancée, celle d'une co-accrétion. Comme les lunes des géantes gazeuses, Phobos et Déimos se seraient formées en même temps que Mars, à partir d'un disque circumplanétaire laissé en orbite par la formation de la planète. Mais cette hypothèse impliquerait une composition de Phobos et Déimos très proche de celle de Mars, ce qui semble exclu, sauf à supposer que la couleur de surface des lunes soit due à des silicates altérés par les rayons cosmiques.
Phobos (lune)
L'orbite basse de Phobos indique qu'il sera un jour détruit : les forces de marée abaissent progressivement son orbite, au rythme actuel de par siècle. Les calculs indiquent que Phobos touchera la haute atmosphère martienne d'ici une trentaine de millions d'années ( d'années). La faible densité de Phobos (), sa composition (voisine de celle des chondrites carbonées) et la présence du cratère Stickney indiquent que l'intérieur de Phobos est peu cohérent, poreux et largement fracturé : d'ici d'années, les contraintes dues aux marées feront se disperser la majeure partie de Phobos en petits fragments, qui formeront un anneau en . Des blocs plus rigides que la moyenne tomberont sur Mars suivant des trajectoires obliques, et à relativement faible vitesse, formant des cratères d'impact allongés. L'anneau, de densité initiale voisine de celle des anneaux principaux de Saturne, se dissipera ensuite en . Phobos et Deimos ont tous les deux beaucoup de caractéristiques en commun avec les astéroïdes de , au niveau du spectre, de l'albédo et de la masse volumique. En conséquence, il a été postulé que les deux satellites pourraient provenir de la ceinture d'astéroïdes et auraient été capturés par Mars. Cependant, les deux lunes sont situées sur des orbites peu excentriques, très peu inclinées par rapport au plan équatorial de Mars ce qui n'est pas ce qu'on attendrait de lunes capturées. D'autre part, les images de Phobos envoyées par la sonde montrent clairement une zone bleue près du bord d'un cratère, sur une surface par ailleurs rouge. Un tel contraste est rare sur un astéroïde. Des astronomes estiment que le bleu correspond à du sol récemment mis à nu, n'ayant pas encore été coloré en rouge ; pour d'autres, il s'agit d'une matière souterraine totalement différente qui surgit à l'extérieur.