Astronaut Sam Bell leeft al bijna drie jaar op de maan in opdracht van Lunar Industries. Hij leeft daar een eenzaam bestaan, heeft amper contact met zijn vrouw Tess en driejarige dochter Eve door een defecte satelliet. Zijn enige maatje aan boord is Gerty: een robot. Onverwacht krijgt Sam gezondheidsproblemen en gaat hij hallucineren waardoor hij een bijna-fataal ongeluk krijgt. Als hij terug is op zijn basis station ontmoet hij zijn jongere en gewelddadigere versie van zichzelf.
