La comandante de misión Kate Bowman es la piloto y comandante de la misión más importante del siglo XXI: salvar a la raza humana. Es el año 2050, la Tierra se está muriendo, y colonizar Marte es la única alternativa a la destrucción. Bowman y su tripulación han hecho este viaje para investigar a qué se ha debido el fallo del proyecto Mars Terra-Forming, y repararlo. Pero lo que sucede cuando llegan allí es bastante más aterrador de lo que cualquiera podría haber adivinado: un aterrizaje forzoso los deja sin equipo científico, de comunicación y de salvamento, y hace que su robot de exploración y cartografía militar falle, convirtiéndose en su enemigo. Desafiando las órdenes de Houston, Bowman se niega a abandonar a Gallagher, con el que comparte un intenso lazo afectivo, y al resto del equipo, y trata de guiarles de vuelta a las alturas.