时间进入2050年，现代文明的发展和人口数量的激增反而令地球不堪重负，原本美丽的星球已经不再适合人类居住。 为了寻找新的生存之地，科学家们将目光所定在与地球环境最为相似的火星。在过去的几十年里，他们不断向火星发射无人飞船，试图运用现代科技来改善火星上相对恶劣的居住环境。然而当一切初见成果之时，火星上的机器却突然出现故障，移民火星的计划被迫停滞。地球的状况愈来愈让人担忧，为了尽快排除故障，由凯特·鲍曼（凯瑞-安·莫斯 Carrie-Anne Moss 饰）、罗比·加莱尔（方·基默 Val Kilmer 饰）等顶尖科研人员组成的探险队奉命前往人类从未涉足的红色星球。他们的旅程从一开始便注定充满磨难，队员们不仅要面对恶劣的外星环境，他们的友情和信任也承受着巨大的考验……

在以往，将人类送上火星还只是科学幻想。但是现在，全球最大的航天局正在酝酿其最有抱负的计划：把人类送上两亿两千五百万公里外的红色星球——火星。摄制组来到美国宇航局，这里的工作人员正在测试火箭，并对宇航员们进行实验以设计他们的生命维持系统。他们如何克服所有的不可能？这个计划可行吗？即使人类成功登陆火星，但他们能实现重返地球吗……