到了2050年，现代文明的发展以及人口数量的急剧增加，让地球不堪重负，曾经美丽的星球已不再适宜人类居住。为了找寻新的生存家园，科学家们把目光投向了与地球环境最为相似的火星。在过去几十年间，他们持续向火星发射无人飞船，尝试借助现代科技改善火星相对恶劣的居住环境。然而，就在一切初见成效时，火星上的机器突然出现故障，移民火星的计划被迫暂停。地球的情况愈发令人担忧，为了尽快排除故障，由凯特·鲍曼（凯瑞 - 安·莫斯 饰）、罗比·加莱尔（方·基默 饰）等顶尖科研人员组成的探险队，奉命前往人类从未涉足过的红色星球。他们的旅程从一开始就注定充满艰难险阻，队员们不仅要应对恶劣的外星环境，他们的友情和信任也面临着巨大考验……