Chris Kelvin (George Clooney) é um psicólogo que ainda sofre a perda de seu grande amor, Rheya (Natascha McElhone), alimentando um sentimento de culpa pelo ocorrido. Kelvin é convocado para investigar o estranho comportamento dos integrantes de uma estação espacial que orbita o misterioso planeta Solaris, que perdeu contato com a Terra.
