Irgendwann in der Zukunft: Der Psychiater Chris Kelvin (George Clooney) wird als Nothelfer auf eine Raumstation gerufen, die um den Planeten Solaris kreist. Aber er gerät selbst in den Sog der rätselhaften Vorgänge dort: Wie auch den wenigen Besatzungsmitgliedern der Station erscheint ihm die Wiederauferstehung eines geliebten Menschen aus seiner Vergangenheit. Bei Kelvin ist es seine Frau Rheya (Natascha McElhone), die sich auf der Erde das Leben genommen hatte. Die erste Wiedergängerin schickt Kelivn mit einer Rettungskapsel ins All. Es erscheint umgehend eine zweite, und damit bröckelt Kelvins Versuch, seine Gefühle für Rheya dem Traumbild völlig vorzuenthalten...
30 Jahre nach Andrej Tarkowskijs rätselhaftem, philosophischen und hypnotischen Klassiker Solaris wagt sich Soderbergh an eine weitere Verfilmung von Stanislaw Lems Roman.