Спутник был открыт американским астрономом Асафом Холлом в 1877 году[3] и назван в честь древнегреческого бога Фобоса (переводится как «Страх»), сына бога войны Ареса.
Фобос вращается на среднем расстоянии 6006 км от поверхности Марса и 2,77 радиуса Марса от центра планеты (9400 км), что в 41 раз меньше расстояния между центрами Земли и Луны (384 400 км); перицентр составляет 9235,6 км, апоцентр — 9518,8 км. Фобос делает оборот за 7 ч 39 мин 14 с, что примерно в три раза быстрее вращения Марса вокруг собственной оси. В результате на марсианском небе Фобос восходит на западе и заходит на востоке.
Фобос имеет форму, близкую к трёхосному эллипсоиду, большая ось которого направлена на Марс[4]. Размеры Фобоса составляют 26,8×22,4×18,4 км.
Вследствие крайне малой массы атмосфера у Фобоса отсутствует. Чрезвычайно низкая средняя плотность Фобоса (около 1,86 г/см³) указывает на пористую структуру спутника с пустотами, составляющими 25—45 % объёма.[5]
Период вращения Фобоса вокруг своей оси совпадает с периодом его обращения вокруг Марса, поэтому Фобос всегда повёрнут к планете одной и той же стороной. Его орбита находится внутри предела Роша для «жидкого» спутника, однако приливные силы не разрывают его, поскольку он имеет рыхлую структуру, и его орбита в настоящее время лежит вне предела Роша для «твёрдого» спутника. Тем не менее, в силу такого положения орбиты невозможно создать искусственный спутник Фобоса[6].
Фобос постепенно приближается к Марсу. Как установил в 1945 году Б. П. Шарплесс на основе обработки наблюдений Г. О. Струве и более поздних, Фобос испытывает вековое ускорение орбитального движения. И. С. Шкловский в 1959 году на основании расчётов высказал, как он сам заметил, «весьма радикальное и необычное» предположение, что Фобос — полый внутри и имеет искусственное происхождение, именно этим можно было объяснить принятое тогда значение векового ускорения, если считать причиной его торможение Фобоса весьма разреженной атмосферой Марса. Тщательный анализ наблюдательных данных Дж. Уилкинсом (1967), С. Н. Вашковьяк и Э. Синклером (1972) вообще указывал на отсутствие векового ускорения. Но анализ В. А. Шора (1973) показал, что вековое ускорение всё-таки есть, но значительно более слабое, чем считал Шарплесс. Теоретические выводы Шора подтвердили результаты измерений АМС «Маринер-9». Поэтому предположение Шкловского было отвергнуто, и была принята высказанная в том же 1959 году[7] Н. Н. Парийским гипотеза, что причиной векового ускорения является приливное воздействие Марса[8]. Именно оно постепенно приближает Фобос к Марсу. В будущем это приведёт к столкновению Фобоса с Марсом.