在2015年，人类发射“奥德赛”号飞船到火星建设第一个基地，谁知飞船途中遇到了一个突然出现的巨大白色立方体，从此奥德赛号及其飞船成员就杳无音讯。30年后，地球已经面目全非，人类城市的遗迹被黑色沙丘掩映，各种奇特的地质构造俨然超自然的场景。原来，当年突然出现的白色立方体是外星人的发明，为的是寻找合适的星球，将那里改造成适合他们生存的环境，地球现在的样子就是这个“白立方”的功劳。不过发明“白立方”的外星人已经灭绝很长时间了，他们永远不会来地球了，空留着这个“白立方”运行在地球的轨道上。“白立方”试图弥补它对地球造成的损害，遂用克隆人来重新繁荣地球上的人口，而这些克隆人的原形就是当年它捕获的“奥德赛”号飞船的船员。这些克隆人中有一个叫做杰克·哈勃 （ 汤姆·克鲁斯 饰）的克隆人，他是无人驾驶巡逻机的修理工，他有一个搭档叫维卡 （ 安德丽亚·瑞斯波罗格 饰），专门负责扫描受损的无人巡逻机和监视“清道夫” （一种来到地球上的野蛮的外星物种）的动向。有一天雅克看见了一团火球从天而降，那是个逃生舱，里面是一个叫做茱莉亚 （ 欧嘉·柯瑞兰寇 饰）的女宇航员，杰克从“清道夫”手里救下了茱莉亚并把她带回了自己和同类的居所——高耸入云的“摩天塔”。茱莉亚醒过来之后讲述了自己的故事，原来她就是当年“奥德赛”号飞船的船员，在“白立方”捕获“奥德赛”之前逃了出来，成为飞船上唯一幸存下来的船员，而克隆人杰克的原形就是茱莉亚的爱人。在隐藏于体内基因的作用下，杰克做出了以前他根本不敢想象的决定，带着茱莉亚开始了自我发现之旅，而这可能会给他们俩带来灾难性后果 。