2001火星奥德赛号（英语：2001 Mars Odyssey）是美国国家航空航天局的火星探测卫星，由洛克希德·马丁制造卫星，花费约2.97亿美金。主要任务是寻找水与火山活动的迹象，同时也是火星探测漫游者和凤凰号火星探测器和地球通讯的中继卫星。于2001年升空。这次任务的名称是根据电影《2001太空漫游》来命名的。
2001火星奥德赛号在2001年4月7日在卡纳维拉尔角空军基地由三角洲二号运载火箭发射成功，2001年10月24日2:30 a.m. UTC到达火星轨道，进行气阻减速以进入环绕火星轨道。2002年1月气阻减速完成，同年2月19日开始科学任务。
2001火星奥德赛号原本是火星探测2001（Mars Surveyor 2001）计划的一部分，原名是Mars Surveyor 2001 Orbiter，原订计划另有Surveyor 2001 Lander，但登陆器部分在火星气候探测者号与火星极地着陆者号于1999年底任务失败后取消。之后选定亚瑟·查理斯·克拉克的作品《2001太空漫游》命名。并使用希腊音乐家范吉利斯的音乐作品《Mythodea: Music for the NASA Mission: 2001 Mars Odyssey》做为任务主题曲。
2001火星奥德赛号主要有三个科学仪器：
2008年5月28日，NASA报告GRS在火星发现大量氢原子，代表可能有大量水或冰在火星地表下数米处。
在过去十年，奥德赛号一直是NASA用来与火星表面探险者通讯的主要中继站，并且将继续用来与好奇号漫游车通讯。NASA孪生的漫游车，精神号与机会号，有85%的影像和其他资讯是通过奥德赛号的中继传回地球；奥德赛号还每天继续接收和传送幸存的机会号漫游车的讯息。奥德赛号还协助分析漫游车可能登陆的地点，并为2008年5月登陆的凤凰号火星探测器执行相同的任务。2006年3月火星侦察轨道器抵达火星，在进行气阻减速来改变它的轨道成为所需要形状的几个月时间内，奥德赛号也协助监测火星大气的状况。
在2008年9月30日(sol 2465)，这艘太空船改变了它的轨道以让其红外线的热辐射成像系统有更好的灵敏度来描绘火星的矿物，但是新的轨道也使得伽玛射线光谱仪可能因为过热而无法使用。
在2012年8月之前，NASA已经四度核准为期两年的延伸计划，以观察像是极地的冰、云、和沙尘暴年复一年的差异，以及更精确的描绘火星矿物的分布。第五度的延展任务（至2014年7月），被认为是为了促成好奇号在2012年8月成功的登陆。奥德赛号有足够推进剂，至少可以操作到2015年，而NASA的一位发言人在2010年曾说奥德赛号至少可以继续运作至2016年，“或许还会远远超过”。
在2003年10月28日，一个大型的太阳事件轰击了奥德赛之后，它酬载的MARIE辐射实验停止了测量工作。工程师认为最可能的原因是来自太阳的粒子猛烈的撞击了MARIE的电脑主板，粉碎了电脑的芯片。
Odyssey engineers will attempt to turn on MARIE again in the winter of 2005, after enough time has passed that MARIE may have recovered itself, like it did during a similar incident during cruise.
在2012年6月，探测器的三个飞轮中有一个失效。然而，奥德赛的设计中有四个备用的飞轮，以预防这种可能情况的发生，备用的飞轮很快的投入服务。从2012年7月，奥德赛已经完全复元，在远端维护下，它有三个星期是处于安全模式下在操作。
在2014年2月11日，任务控制加速了奥德赛朝向清晨日光轨道的漂移，使它能观察火星各不同地点在日出之后以及日落之后的地面温度变化。希望变化是持续渐进的发生，直到2015年11月达到预期的轨道几何，然后另一个部署会停止这项漂移。这项观察可能会产生有观地面的祖成和温度驱动的过程，像是在一些斜坡上观察到的温暖季节性气流，和火星极区附近在春季解冻的二氧化碳（CO2）间歇泉。
2008年7月31日NASA宣布凤凰号火星探测器确认火星上水的存在，与2001火星奥德赛号的预测相符合。火星奥德赛号科学团队正在试图确定是否水冰曾经融化足够生物所需液态水，以及含碳的化学物质与其他生命形成的物质是否存在。
火星奥德赛的THEMIS仪器被用来协助火星科学实验室选择降落的地点。在2012年8月，MSL登陆火星的前几天，奥德赛改变了轨道，以确保在MSL登陆火星的最初几分钟能够接收到登陆的漫游车从表面传送回来的讯号 。奥德赛现在充当从（MSL）漫游车好奇号传送超高频无线电信号的中继站。
宇宙神-5 · 德尔塔（二号 · 四号） · 美乐达 · 人牛怪运载火箭
宇宙神（导弹 · 一号 · 二号 · 三号） · 雅典娜系列运载火箭 · 德尔塔-3 · 丘诺-1 · 土星1号 · 土星1B · 土星5号 · 大力神（二号 · 三号 · 三B · 34D · 四号）