A doutora Ryan Stone (Sandra Bullock) é uma engenheira brilhante que encara sua primeira jornada espacial acompanhada pelo astronauta veterano Matt Kowalski (George Clooney).
Em uma missão pelo espaço aparentemente rotineira, o pior acontece. A nave espacial é destruída, deixando Stone e Kowalski completamente sozinhos e amarrados um ao outro, girando pela escuridão do espaço. Quando o medo se transforma em pânico, o descontrole e a respiração acelerada consomem o pouco oxigênio que lhes resta, e a única maneira de voltarem à Terra pode exigir que eles se aprofundem ainda mais na assustadora imensidão do espaço.