История Tharsis рассказывает о первой пилотируемой экспедиции на Красную планету. Согласно плану, путешествие в одну сторону займет около трехсот дней. Приступая к миссии, астронавты настроены оптимистично и ожидают, что задуманное предприятие сделает их героями в глазах людей, поскольку они найдут на Марсе нечто, способное спасти человеческую цивилизацию от вымирания. Однако через несколько дней после взлета корабль был сильно поврежден. Хуже того, с самого Марса посылается странный сигнал, свидетельствующий о том, что космонавты будут не первыми существами, побывавшими на нем.

Подконтрольный отряд состоит из четырех человек. Они выбираются в галерее персонажей и обладают персональными характеристиками, биографиями и навыками. Действие игры выполнено в пошаговой системе, большую часть сюжета занимает демонстрация трехмерной модели корабля. Он состоит из множества отдельных модулей с различными функциями и конкретными бортовыми системами.

Игра случайным образом генерирует проблемы, с которыми сталкиваются астронавты, такие как метеоритный дождь или технические неисправности. Все бортовые системы тесно взаимосвязаны, а события внутри корабля влияют на психику и поведение космонавтов. Усталость, страх и ревность часто оказываются столь же опасными, как и повреждение механических конструкций. В дополнение к тому, чтобы отдавать приказы персонажам, необходимо также эффективно управлять ресурсами. Каждая серьезная ошибка затрудняет завершение миссии, а истощение запасов серьезно влияет на ход игры. Даже тело мертвого астронавта полезно для кормления других членов экипажа.