公元2020年，雲集了無數頂尖科學家的世界空間站（World Space Station）正在進行一項載人飛船火星登陸計劃。由盧克·格萊姆（Don Cheadle 飾）率領的4人小組成功抵達這顆無人星球，他們在此發現一些奇怪景象，隨後小組成員也接連斃命。爲了調查這起悲劇 的原因並尋找可能的生還者，空間站派出伍迪·布雷克（蒂姆·羅賓斯 Tim Robbins 飾）率領的救援小組前往火星。
然而救援小組也遭遇諸多磨難，船體損壞、機器失靈、燃料洩漏、成員死亡等等，無一不在消磨著救援人員的鬥志。抵達火星後，布雷克他們找到了盧克船長，繼而發現億外年前外星人留在火星上的遺蹟和信息，這一切都與人類有著千絲萬縷的關係……