La doctora Ryan Stone es una ingeniera médica en su primera misión espacial. Su comandante es el veterano Matt Kowalsky, en su último viaje antes de retirarse. Una caminata espacial de rutina se convierte en un desastre y la nave queda destruida, dejando a Ryan y Matt atrapados en el espacio, sin ninguna conexión con la Tierra y sin esperanza de ser rescatados. Su temor se convierte en pánico, y se dan cuenta de que su camino a casa será una aventura en el espacio.