公元2020年，云集了无数顶尖科学家的世界空间站（World Space Station）正在进行一项载人飞船火星登陆计划。由卢克·格莱姆（Don Cheadle 饰）率领的4人小组成功抵达这颗无人星球，他们在此发现一些奇怪景象，随后小组成员也接连毙命。为了调查这起悲剧 的原因并寻找可能的生还者，空间站派出伍迪·布雷克（蒂姆·罗宾斯 Tim Robbins 饰）率领的救援小组前往火星。
　　然而救援小组也遭遇诸多磨难，船体损坏、机器失灵、燃料泄漏、成员死亡等等，无一不在消磨着救援人员的斗志。抵达火星后，布雷克他们找到了卢克船长，继而发现亿外年前外星人留在火星上的遗迹和信息，这一切都与人类有着千丝万缕的关系…

乔（凯文·科斯特纳 Kevin Costner 饰）的妻子艾米丽（苏珊娜·汤姆森 Susanna Thompson 饰）死于一场车祸，讽刺的是，在医院担任心理创伤治疗的乔这一回却无法修复自己破碎的内心。乔的世界崩塌了，他抑郁，酗酒，对于工作的无法放弃和责任感成为了他活在这个世界上的唯一理由。
　　一次偶然中，乔被委托完成一项工作，他的病人们是身患绝症的儿童。令乔感到意外的是，艾米丽生前一直照料着的，正是这些儿童。为了怀念妻子，乔毅然接手了这项工作，天真懵懂的孩童逐渐治愈了乔的内心，正当他的生活逐渐走上正轨之时，一个意外的消息再次扰乱了乔的内心，一个有过濒死经历的孩子告诉乔，他在“那个世界”里看到了艾米丽，而艾米丽似乎有着什么话想要传达给乔。