一名轻度自闭的航天工程师罗伊，他的父亲在20年前离开地球前往海王星，寻找外星智慧生物。不料任务失败，有去无回。而罗伊此次也要飞越太阳系，找到父亲，并查清当年失败的原因。

李（卡西·阿弗莱克 饰）是一名颓废的修理工，得知哥哥乔伊（凯尔·钱德勒 饰）去世的消息后，他回到了故乡——海边的曼彻斯特处理乔伊的后事。根据乔伊的遗嘱，李将会成为乔伊的儿子帕特里克（卢卡斯·赫奇斯 饰）的监护人，李打算将帕特里克带回波士顿，但帕特里克并不愿意离开家乡和朋友们，李亦不愿在这片伤心之地久留。
原来，曼彻斯特埋藏着李的一段绝望的回忆，他的过失使得三个孩子葬身火海，妻子兰迪（米歇尔·威廉姆斯 饰）亦因此而离开了他。此次重回故乡，李见到了已经再婚并且即将做妈妈的兰迪，与此同时，帕特里克那失踪已久的母亲艾丽斯（格瑞辰·摩尔 饰）亦联系上了帕特里克，希望他能够成为她新家庭中的一员……

未来世界，随着科技的飞速进步，地球的污染也越来越严重。为了遏制这种现状，一家名为月能工业有限公司的企业应运而生。该公司致力于月球能源的开发，通过采集氦-3来满足地球对能源的需求。月能公司在月球设有基地，山姆·贝尔（山姆·洛克威尔 Sam Rockwell 饰）正是该基地 上唯一的工作人员。山姆是公司聘用的合同工，他已在月球孤零零地生活3年，陪伴他的只有智能机器人戈蒂（凯文·斯派西 Kevin Spacey 饰）。枯燥乏味的生活令山姆归心似箭，在还有两周就离开月球的时候，山姆偶然遭遇一起事故。醒来后的他发现戈蒂似乎对其有所隐瞒，公司高层也拒绝他的回程请求。山姆借机逃出基地，却在事故发生地点发现另一个自己……
本片荣获2009年爱丁堡国际电影节最佳英国影片奖、2009年西雅图国际电影节最佳男主角奖。