時(shí)間進(jìn)入2050年，地球因人口激增與環(huán)境惡化瀕臨崩潰，人類將生存希望寄托于火星?？茖W(xué)家通過數(shù)十年無人探測(cè)器改造火星大氣初見成效，但設(shè)備突發(fā)故障導(dǎo)致移民計(jì)劃中斷。為重啟"阿爾忒彌斯"生態(tài)基地工程，以生物學(xué)家凱特·鮑曼（凱瑞-安·莫斯飾）和工程師羅比·加萊爾（方·基默飾）為首的六人科考隊(duì)緊急登陸火星。在極端溫差、致命沙暴與氧氣危機(jī)中，團(tuán)隊(duì)逐漸發(fā)現(xiàn)故障源于未知智能體干擾。隨著成員接連犧牲及信任危機(jī)爆發(fā)，羅比為修復(fù)主反應(yīng)堆自愿接受危險(xiǎn)改造手術(shù)，最終以半機(jī)械人形態(tài)維持基地運(yùn)作至生命盡頭。凱特?cái)y帶新人類胚胎庫繼續(xù)任務(wù)，此時(shí)火星地表首次降下液態(tài)水滴，為文明延續(xù)帶來曙光。