Podobnie jak Mars Global Surveyor, Mars Climate Orbiter przenosił dwa instrumenty, jeden zaprojektowany dla Mars Observera przeznaczony do badań klimatu i pogody na Marsie.
Główne naukowe cele misji stanowiły: Określenie występowania wody na Marsie Codzienne monitorowanie pogody i stanu atmosfery Monitorowanie zmian na powierzchni Marsa spowodowane wiatrem i innymi efektami atmosfery Monitorowanie ilości pyłu i pary wodnej w atmosferze Poszukiwanie śladów przeszłych zmian klimatu.
Projekt sondy Korpus satelity mierzył 2,1 m wysokości, 1,6 m szerokości i 2 m długości. Z wyjątkiem aparatury badawczej, baterii oraz głównego silnika, większość systemów była zdublowana.
Sonda była stabilizowana trójosiowo i posiadała 8 silników reakcyjnych (cztery o ciągu 22 N do zmiany trajektorii, cztery o ciągu 0,9 N do kontroli wysokości). Orientacja sondy była wyznaczana przez dwa detektory Słońca, a jej kontrola następowała przez użycie silników reakcyjnych (RCS) lub kół reakcyjnych. Do przeprowadzenia manewru umieszczenia na orbicie, sonda posiadała również główny silnik dostarczający 640 N ciągu, spalający hydrazynę oraz NTO.