Во время выполнения своих обязанностей американских астронавтов на открытом космосе происходит страшная катастрофа. В результате столкновения космического корабля с космическим мусором, вызванным взрывом российского спутника, единственными выжившими членами команды становятся астронавт-исследователь Райан Стоун, занимавшаяся ремонтом космического телескопа «Хаббл», и ветеран-астронавт Мэтт Ковальски, командир экспедиции на космическом челноке.
Их положение осложняется тем, что челнок получает серьезные повреждения, не позволяющие им вернуться на Землю. Ковальски принимает решение использовать свой индивидуальный ракетный двигатель для достижения Международной космической станции. Однако станция, тоже пострадавшая от космического мусора, уже покинута экипажем, а единственный оставшийся космический корабль «Союз» поврежден и не пригоден для возвращения на Землю.
Тем не менее, Ковальски предлагает использовать «Союз» для достижения китайской космической станции «Тяньгун», к которой пришвартован космический аппарат «Шэньчжоу», являющийся копией «Союза». Он также объясняет Стоун, что облако космического мусора делает полный оборот вокруг Земли за 90 минут.
В процессе пути на космическую станцию, у астронавтов возникают проблемы с остановкой у МКС, так как топливо у Ковальски заканчивается. Он забрасывает себя в космос, чтобы спасти Стоун от бесконтрольного путешествия в открытом космосе.
Стоун попадает внутрь станции, а затем переходит на «Союз». Однако ей приходится вернуться в космос для освобождения «Союза», застрявшего за деталями станции. Во время этого задания станция вновь сталкивается с потоком космического мусора. И разрушается полностью, но «Союз» и Стоун успевают отлететь на безопасное расстояние.
Стоун пытается направить «Союз» на китайскую станцию, но обнаруживает, что основное топливо закончилось. Она теряет надежду, но случайно перехватывает сигнал от мужчины по имени Анингак. Вместе с ним слышны лай собаки и плач ребенка. Замерзая в охлаждающемся корабле, Стоун перекрывает подачу кислорода в кабину и готовится к смерти.
К неожиданному удивлению, Ковальски появляется снаружи и входит в кабину. Видя, как Стоун находится на грани жизни и смерти, он предлагает ей принять решение. Желает ли она продолжать борьбу и начать всю жизнь заново, примирившись со смертью своей дочери. Он также предлагает разделить отсеки корабля. А также использовать двигатели мягкой посадки для достижения китайской космической станции.
Стоун вначале принимает это за галлюцинацию. Она принимает решение возобновить подвод подачу кислорода и действовать. Благодаря импульсу двигателей модуль «Союза» начинает двигаться в сторону китайской станции. В нужный момент, Стоун выходит в космос. Используя огнетушитель для маневрирования, цепляется за станцию и переходит на спасательный аппарат.
Сама станция потеряла высоту и, входя в плотные слои атмосферы, начала разрушаться. Несмотря на сложности с пониманием китайских иероглифов на кнопках управления, Стоун, используя свои знания о принципах управления «Союзом», отстыковывает и направляет корабль на посадку. Однако из-за поврежденной теплозащиты и преждевременного отделения теплозащитного экрана пожар начинается в спасательном аппарате. После относительно благополучной посадки на озеро, Райан Стоун покидает тонущий аппарат и доплывает до берега.
