On demande au docteur Chris Kelvin (George Clooney) d'enquêter sur le comportement étrange d'un petit groupe de savants en fonction à bord de la station orbitale Prometheus et qui ont coupé toutes communications avec la terre. Dans un dernier communiqué, Gibarian, le commandant de la mission et un ami proche de Kelvin, sollicite l'aide du docteur sans vouloir - ou pouvoir - donner de raison.

Kelvin se rend donc à la station orbitale, conscient que son opinion sera déterminante pour l'avenir de la mission scientifique.

Arrivé sur place il est stupéfait de constater que Giberian s'est suicidé et que les deux autres savants en poste montrent des signes avancés de stress et de paranoïa, apparemment suite à l'étude de la planète Solaris.