19 октября 2016 г. орбитальный аппарат TGO был выведен на высокоэллиптическую орбиту вокруг Марса c параметрами: 101 000 х 3 691 км, период 4,2 сола (марсианских суток). После этого аппарат начал серию маневров по выходу на рабочую круговую орбиту высотой около 400 км. Её наиболее продолжительная часть — торможение с помощью верхних слоёв атмосферы, которое началось 15 марта 2017 г. и закончилось 20 февраля 2018 г. Окончательно рабочая орбита TGO была сформирована к середине апреля. Подробнее можно прочитать в описании этапов проекта.

Основная научная миссия TGO началась в августе 2018 г. и запланирована до 2022 г. Но после прибытия к Марсу аппаратов миссии «ЭкзоМарс-2020» TGO будет работать в качестве станции-ретранслятора для связи с Землёй.

Комплекс научной аппаратуры аппарата Trace Gas Orbiter включает четыре прибора, два из которых созданы в России в Институте космических исследований Российской академии наук:

За три дня до этого 16 октября 2016 года после межпланетного перелёта демонстрационный посадочный модуль «Скиапарелли» штатно отделился от орбитального модуля TGO на подлете к Марсу. 19 октября, «Скиапарелли» начал реализовывать последовательность операций по входу в атмосферу планеты и мягкой посадке. Большая часть шестиминутного спуска прошла так, как ожидалось: модуль правильно вошел в атмосферу, специальный тепловой экран обеспечил его защиту на сверхзвуковых скоростях. Во время спуска «Скиапарелли» передал телеметрию на аппарат TGO.

Примерно через три минуты после входа в атмосферу был раскрыт парашют. В этот период была зафиксирована неожиданно высокая скорость вращения модуля. Это привело к искажению данных по скорости вращения на инерционном измерительном блоке и к ошибке программного навигационного обеспечения в оценке текущей высоты посадочного модуля. При соотнесении этих данных с последующими радиолокационными измерениями компьютер посадочного аппарата вычислил, что модуль находится ниже уровня земли. Соответственно была дана преждевременная команда на сброс парашюта, кратковременное включение посадочных двигателей модуля, которые проработали 3 секунды вместо 30, и включение систем, которые модуль должен был активировать после посадки. В действительности он находился в свободном падении на высоте около 3,7 км, что привело к жесткой посадке на планету со скоростью 540 км/чаc.

Для расследования обстоятельств и причин жесткой посадки демонстрационного модуля была создана специальная независимая комиссия под председательством генерального инспектора Европейского космического агентства. Выводы, к которым пришли члены комиссии, вошли в отчёт, который был частично опубликован на сайте ЕКА.