Het wetenschappelijk doel van NOMAD is om de atmosferische samenstelling van Mars met een nooit eerder geziene precisie te bestuderen. Ann Carine Vandaele van het Koninklijk Belgisch Instituut voor Ruimte-Aeronomie is verantwoordelijk voor het NOMAD-instrument, en werd daarmee de allereerste Belgische 'Principal Investigator' of PI van een interplanetaire missie: "Het hoofddoel van de missie is om Mars beter te begrijpen. Zou er ooit leven op Mars kunnen ontstaan zijn, en indien ja, hoe? Zijn er vandaag nog steeds sporen van dat leven te vinden? NOMAD probeert de samenstelling van de atmosfeer van Mars zo nauwkeurig mogelijk in kaart te brengen door te bepalen welke de aanwezige chemische bestanddelen zijn, hoe groot hun aantal is en in welke cycli ze een rol spelen, m.a.w. waar komen ze vandaan: uit de bodem, uit chemische processen in de atmosfeer, …? Doordat NOMAD beschikt over drie kanalen en zo een breed golflengtegebied kan bestrijken, kan het dus een zeer groot aantal moleculen die zonlicht absorberen ontdekken en meten."
De reis van ExoMars/TGO naar de planeet Mars heeft 7 maanden geduurd.
Gedurende deze periode onderging de satelliet verschillende handelingen die cruciaal zijn voor het overleven van de ruimtesonde en zijn nuttige lading.
Vlak nadat TGO aan zijn interplanetaire baan naar Mars begon werden de satellietsystemen een eerste keer aangezet. Er werd nagekeken of alles werkte zoals voorzien na de zware lancering en nadat de satelliet in een luchtledige omgeving was terechtgekomen. Ook de wetenschappelijke instrumenten werden aangezet en uitgetest om te zien dat ze de eerste fase van de reis hadden overleefd. Deze testreeks wordt de 'Near Earth Commissioning' genoemd.
Daarna werden de systemen in slaapstand gebracht om pas terug wakker gemaakt te worden als de sonde ongeveer halverwege was tussen Aarde en Mars. Ook hier werden alle onderdelen van de satelliet en de wetenschappelijke instrumentatie grondig getest. Deze test wordt de 'Mid-Cruise Checkout' genoemd.
Niet lang daarna voerde TGO zijn eerste 'Deep Space Manoeuvre' uit (28 juli 2016). Daarbij werd de hoofdmotor van de satelliet gedurende ongeveer 1 uur aangezet. Dit zorgde voor de nodige baanaanpassing om in een zo optimaal mogelijke aanvliegroute terecht te komen bij Mars. Zo een maneuver werd later in de reis nog twee keer herhaald (weliswaar gedurende een wat kortere tijd).
Op 19 oktober 2016 kwam TGO aan bij de rode planeet. Drie dagen voordien was de landingsmodule Schiaparelli losgemaakt van het moederschip en afgedaald naar het Marsoppervlak. Spijtig genoeg ging er iets fout tijdens de landing en crashte het op het Marsoppervlak.
TGO zelf werd perfect in een baan rond Mars geplaatst. Dat gebeurde door de snelheid van de satelliet zodanig af te remmen dat het door het zwaartekrachtveld van Mars gebonden kon worden. Via een aantal maneuvers werd de inclinatie van de baan vervolgens aangepast.
De baan was eerst erg elliptisch maar werd vervolgens via maandenlange 'aerobraking' maneuvers tot een circulaire baan omgevormd (de satelliet wordt baan na baan kort in de atmosfeer ondergedompeld waardoor hij afremt, en de baanomlooptijd ingekort wordt).
Uiteindelijk kon in april 2018 de ultieme wetenschappelijke fase van start gaan.