Director del Observatorio Naval de Washington (USNO), Hall logró identificar las dos pequeñas lunas con el gran refractor de 66 centímetros de dicho observatorio, obra del óptico estadounidense Alvan Clark, el más grande en su clase de la época.
Deimos es probablemente un asteroide, cuya órbita fue perturbada por la gravedad de Júpiter, de manera que fue capturado por Marte, aunque esta teoría aún se halla bajo cierta controversia. Como la mayoría de los cuerpos de tamaño comparable, Deimos posee una forma muy irregular, midiendo 15 por 12 por 10 kilómetros.
Deimos se compone de roca rica en carbono, muy similar a los asteroides de tipo C (condrita carbonácea), y de hielo. Posee cráteres, pero su superficie es notablemente más lisa que la de Fobos, debido al llenado parcial de sus cráteres con regolito, informa Wikipedia.
Al contrario que Fobos, que orbita tan rápidamente que de hecho sale por el Oeste y se pone por el Este, Deimos sale por el Este y se pone por el Oeste. Sin embargo, el periodo orbital de Deimos (aproximadamente 30,5 horas) excede el día solar marciano (unas 24,5 horas) por tan poco tiempo que pasan 2,7 días desde la salida hasta la puesta, para un observador ecuatorial.
Con dimensiones de 26 por 21 por 18 kilómetros, Fobos es uno de los cuerpos que reflejan menos la luz en el sistema solar. Espectroscópicamente se asemeja a los asteroides tipo D, y su composición es aparentemente similar a las condritas carbonáceas.
La densidad de Fobos es muy baja para ser una roca sólida y se sabe que tiene una porosidad significativa. Estas observaciones sugirieron que Fobos podría tener una reserva sustancial de hielo. Pero las observaciones espectrales indican que la capa superficial de regolito carece de agua. Sin embargo, la presencia de hielo bajo la capa de regolito no se ha descartado.
Presenta siempre la misma cara a Marte, debido al anclaje por marea ejercido por el planeta. Orbita a unos 6.000 kilómetros de la superficie marciana, lo que le convierte en el satélite más próximo a su planeta del sistema solar.
Estas fuerzas de marea crean una desaceleración en Fobos, perdiendo este velocidad orbital, lo que ocasionará su colisión con Marte dentro de unos 50 a 100 millones de años, o bien su desintegración y formación de un anillo alrededor del planeta.
