Sam Bell (Sam Rockwell) es un astronauta que tiene que cumplir una misión que durará tres años en la luna. Su función es la de retirar la tierra y regularmente enviar a la Tierra una sustancia que ayuda a renovar la energía del planeta. Sam apenas tiene la empresa de informática GERTY (Kevin Spacey), y cada vez empieza a ser más ansiosos de completar su trabajo. Hay sólo dos semanas para completar su misión y un nuevo oficial irán a reemplazarlo. Sin embargo, Sam se convierte de repente delirante y tiene un accidente. El joven acaba encontrando un clon dentro de la estación lunar.