Mars Science Laboratory będzie wyposażona w następujące instrumenty badawcze: kamerę do wielospektralnej stereografii i filmowania, laser sprzężony ze spektrografem, kamerę mikroskopową, analizator minerałów metodą dyfrakcji i fluorescencji rentgenowskiej, czujnik promieniowania do ustalenia zagrożenia dla przyszłej wyprawy załogowej, kamerę wysokiej rozdzielczości do fotografowania i filmowania w fazie lądowania, zintegrowany zestaw chromatografu gazowego i spektrometru masy do analiz minerałów i atmosfery, pulsujące źródło neutronów i detektor wody lub lodu, przenośną stację meteorologiczną.