未来的世界，科技的力量胜过一切，基因决定命运，几乎成为金科玉律。不幸文森特（伊桑•霍克 Ethan Hawke 饰）是一个基因不良的人，出生以来就决定了他近视和心脏病的缺陷，他只能活到30岁。于是父母为文森特增添了一个有着优良基因的弟弟。
文森特的梦想是漫游太空，然而恶劣的基因令他无法圆梦，直到他遇到了太空中心的杰罗姆（裘德•洛 Jude Law 饰）。杰罗姆有优秀的基因，却在一次意外中半身瘫痪。二人决定调换身份，文森特千方百计隐藏自己的基因信息，每天都认真清洗掉自己的皮屑毛发，不暴露任何蛛丝马迹。另一方面，杰罗姆帮他筹备进入太空前需要检查的基因物品。事情进展得非常顺利，然而一桩谋杀案和一根睫毛，让事情节外生枝。

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。