Jest rok 2050. Ziemi grozi katastrofa ekologiczna. Przeludnienie i zanieczyszczenie środowiska jest tak duże, że naukowcy szukają w kosmosie innego miejsca do życia. Jedyną szansą dla ludzkości są nowe kolonie na Marsie, gdzie założono hodowlę alg wytwarzających tlen. Grupa astronautów, pod dowództwem Kate Bowman, wylatuje na Czerwoną Planetę, by sprawdzić, czy eksperyment się udał. Podczas lądowania ich statek ulega uszkodzeniu. Pozbawieni kontaktu z Ziemią astronauci muszą walczyć o przeżycie, zdani tylko na własne siły. Stopniowo wyczerpują im się zapasy tlenu, żywności i wody. Wkrótce załoga ku swojemu przerażeniu odkrywa, że Czerwona Planeta wcale nie jest niezamieszkana.