大卫（杰克·吉伦哈尔 Jake Gyllenhaal 饰）、米兰达（丽贝卡·弗格森 Rebecca Ferguson 饰）、罗里（瑞安·雷诺兹 Ryan Reynolds 饰）、秀（真田广之 饰）和休（阿利安·巴克瑞 Ariyon Bakare 饰）是在同一艘太空船上工作的宇航员们。一次偶然之中，他们在火星上发现了一个尚未成熟的生命体。休将这个生命体带回了实验室，让大家没有想到的是，这个小小的细胞在外界的刺激之下竟然开始了飞速的成长。
随着生命体的长大，事态的发展开始失去了控制，该生命体展现出了强大的攻击力和高超的智力，先后杀死了数名船员。不仅如此，大卫发现生命体似乎想随着飞船一起降落地球，而一旦它的阴谋得逞，地球上的人类势必将要面临灭顶之灾。

载人航天宇宙飞船阿瑞斯3号成功抵达火星，谁知一场破坏力极其巨大的风暴向宇航员们袭来，阿瑞斯3号被迫中断任务，紧急返航。撤离途中，宇航员马克·沃特尼（马特·达蒙 Matt Damon 饰）被飞船上吹落的零件击中，由于生还希望渺茫，队友们只得匆匆返航，并向世人宣告他已牺牲的事实。出乎意料的是，马克以极低的概率活了下来。他躲进驻火星的航天基地疗伤。下一次火星任务要等到四年后，而基地内的补给仅够他维持31天。短暂的绝望后，马克决定利用有限的食物，在这颗空无一人的星球上种植作物，寻找一线生机。与此同时，地球方面也很快发现马克生还的事实，他们想尽办法部署营救计划。孤军奋战的马克，能否等到救援队伍的到来？
影片改编自安迪·威尔的同名科幻小说。