2050年，地球正逐步走向毁灭，火星殖民是人类的唯一选择。凯特·鲍曼 （ 凯瑞·安·莫斯 饰）作为拯救人类行动的高级指挥官，和她的小队踏上了火星探险的旅程，他们要解决人类在火星生存中将要面临的一系列问题，为人类的大迁徙做好充分准备。但他们在这个陌生的星球上的处境却可怕得超乎想象：一次紧急降落使他们丧失了科研、通信和逃生设备，而他们的军用测绘地形仪和探险机器人也因故障而与他们为敌，残忍地追杀小队成员。紧急之中，鲍曼毅然决定不执行休斯顿总部的指令，她拒绝抛下与自己存在冲突的加拉格尔 （ 瓦尔·基尔默 饰）和其他队员 （ 汤姆·塞兹摩尔 、 本杰明·布拉特 、 西蒙·贝克 饰），而是与他们一起想方设法安全返回。就在队员们在这个荒芜的星球上徒劳地寻找脱困的途径之时，他们却有了一个最可怕、最不可思议的发现：看似不毛之地的火星并非是无人居住的 。