Planète Terre, dans un futur indéterminé. Le Dr. Chris Kelvin est un homme plutôt triste, notamment à cause de l'échec de sa relation conjugale. Pourtant, il doit mettre de côté ses problèmes personnels : son ami Gilbarian, en mission sur la station spatiale Prométhée, autour de la mystérieuse planète Solaris, l'appelle au secours. Une fois sur place, Kelvin découvre en effet que rien ne va plus : l'équipage a cédé à une crise de paranoïa aiguë. Pire : Gilbarian s'est suicidé. Intrigué, Chris Kelvin tente de mener l'enquête mais se sent à son tour happé par l'ambiance envoûtante qui règne dans l'atmosphère de Solaris...