Der Psychologe Dr. Chris Kelvin (George Clooney) soll in Erfahrung bringen, was hinter dem merkwürdigen Verhalten der Wissenschaftler auf der "Prometheus" steckt: einer Forschungsstation, die in den Weiten des Weltalls einsam um den Planeten Solaris kreist und den Kontakt zur Erde vollständig abgebrochen hat. Kelvin begibt sich auf die Raumstation, nachdem er eine Videoaufzeichnung seines engen Freundes Gibarian (Ulrich Tukur), dem Missionsleiter an Bord der Prometheus, gesehen hat. Er bittet Kelvin, ihm zu Hilfe zu kommen - mehr kann oder will er nicht erklären. Chris Kelvin weiß, dass seine Analyse der Lage das Schicksal der Raumstation beeinflussen wird. Doch was er bei seiner Ankunft dort vorfindet, übertrifft seine schlimmsten Erwartungen: Gibarian hat Selbstmord begangen, die beiden verbleibenden Wissenschaftler sind aus unerklärlichen Gründen völlig verstört. Hat der Planet Solaris etwas damit zu tun? Schneller als er es ahnt, wird Kelvin selbst von den mysteriösen Ereignissen gefangen genommen. In gewisser Weise scheint Solaris ihm eine zweite Chance für seine große Liebe zu bieten - die Möglichkeit, seiner Vergangenheit, die ihn mit Schuld und Reue quält, einen anderen Verlauf zu geben. Aber kann er wirklich in die Vergangenheit zurückkehren und sie verändern? Und welche Folgen hat das für sein Schicksal?