У 2020 році перша пілотована місія на Марс на чолі з Люком Гремом вирушає, щоб дослідити можливість існування позаземного життя. Четверо астронавтів - Люк, Джим, Вуді та Філ - вирушають у цю монументальну місію, залишивши свої сім'ї та коханих позаду. Прибувши на Марс, вони натрапляють на особливу, загадкову структуру, яка випромінює магнітне поле. Заінтригований, Люк досліджує структуру, але трапляється несподівана подія, яка відокремлює його від решти екіпажу, який поспішно повертається на Землю, вважаючи Люка загиблим.
Роки потому на Марс вирушає друга місія з метою розкрити таємниці інопланетної споруди та повернути тіло Люка. Новий екіпаж на чолі з командиром Кейт Боумен об'єднується з роботом на ім'я AMEE, щоб орієнтуватися в суворих умовах Червоної планети. Вони виявляють, що магнітне поле, яке випромінює споруда, є порталом, що переносить їх у величезну безплідну пустелю на Марсі.
Досліджуючи цей таємничий ландшафт, вони натрапляють на голографічне зображення Люка, який розповідає, що він живий і жив на Марсі. Він пояснює, що ця споруда була створена розвиненою інопланетною цивілізацією, яка залишила після себе життєво важливу інформацію для виживання людства. Однак це одкровення супроводжується попередженням: Земля стоїть на порозі катастрофічної події, яка знищить усе живе. Екіпаж повинен розшифрувати інопланетне послання і знайти спосіб врятувати людство.
Зіткнувшись з численними викликами та жертвами, екіпажу вдається розшифрувати останнє послання, залишене прибульцями. Інформація розкриває прихований марсіанський космічний корабель, який вони використовують для повернення на Землю. Маючи в запасі лічені секунди, вони підривають ядерні пристрої, щоб відвернути астероїд, що наближався, який міг спричинити масові руйнування. Екіпаж благополучно приземляється на Землі, де їх вітають як героїв.
Наприкінці фільму екіпаж розмірковує про свою надзвичайну подорож і потенціал для майбутніх космічних досліджень. Вони висловлюють надію на подальший прогрес у розумінні людством Всесвіту та можливість подальшої взаємодії з інопланетними цивілізаціями.