Natuurkundeleraar Ryland Grace (Ryan Gosling) wordt - lichtjaren van huis - wakker op een ruimteschip zonder zich te herinneren wie hij is of hoe hij daar is gekomen. Langzamerhand keert zijn geheugen terug: hij is op een missie om erachter te komen waarom een mysterieuze substantie ervoor zorgt dat de zon uitdooft. Om alles op aarde voor uitsterven te behoeden, moet hij een beroep doen op zijn wetenschappelijke kennis en een aantal onorthodoxe ideeën. Maar een onverwachte vriendschap betekent dat hij er misschien niet helemaal alleen voor staat.