Sam Bell ima još dva tjedna do kraja trogodišnjeg ugovora kojeg je potpisao s tvrtkom Lunar Industries. Tijekom te tri godine, Samov posao bio je skupljanje i slanje Heliuma-3 na Zemlju. Budući da nema direktnu komunikaciju sa Zemljom, osim poruka njegove vlastite žene koje s vremena na vrijeme stignu, Samov jedini prijatelj je GERTY, inteligentni kompjuter čija je funkcija brinuti se za njegove dnevne potrebe. Uz gotovo nikakav ljudski kontakt, Sam počinje vjerovati da je tri godine izolacije od ostatka civilizacije previše i uvjeren je da je počeo halucinirati. Sve što želi je vratiti se na Zemlju kako bi uživao sa svojom ženom i trogodišnjom kćerkom koja se rodila netom prije njegova odlaska na Mjesec. Međutim, dva tjedna prije isteka ugovora, Sam doživi nesreću kod jednog od strojeva koji skupljaju Helium-3, a nakon što se probudi otkriva zastrašujuću tajnu koja ga natjera da preispita svoj razum, vlastiti identitet, kompaniju u kojoj radi pa čak i kompjuter GERTY.
Astronaut Roy McBride odlazi na opasnu misiju kroz neumoljivi solarni sustav kako bi otkrio istinu o svom nestalom ocu i njegovoj kobnoj ekspediciji koja sada, 30 godina poslije, prijeti opstanku našeg planeta.
Zapovjednica misije Kate Bowman pilot je i zapovjednica najvažnije misije 21. stoljeća: spašavanje ljudskog roda. 2050. je godina, Zemlja umire, a kolonizacija Marsa jedina je alternativa uništavanju. Bowman i njezina posada napravili su ovo putovanje kako bi istražili što je uzrokovalo neuspjeh projekta Mars Terra-Forming i da ga poprave. Ali ono što se dogodi kad stignu tamo, daleko je zastrašujuće nego što je itko mogao pretpostaviti: pad zrakoplova ostavlja ih bez znanstvene, komunikacijske i spasilačke opreme i uzrokuje neuspjeh njihovog vojnog istraživanja i mapiranja, postajući njihov neprijatelj i nemilosrdno dijeli skupinu. Prkoseći Houstonovim zapovijedima, Bowman odbija napustiti Gallagher, s kojim dijeli intenzivnu vezu, i ostatak tima, i pokušava ih voditi natrag u visine.
Peteročlana američka posada krenula je na dug put prema Marsu. Tijekom leta se suočavaju s brojnim opasnostima i nedaćama, u svemirskom brodu i izvan njega.