Психолог Крис Кельвин летит на космическую станцию, кружащую вокруг планеты Солярис. Задача Кельвина — выяснить, что произошло на станции и можно ли продолжать научное исследование планеты.
После прибытия на станцию, Кельвин узнает, что большая часть экипажа, включая его старого друга Гибаряна, покончили с собой или исчезли, а оставшиеся два ученых находятся в неадекватном состоянии. Ночью Кельвин осознает, что на станции действительно происходят странные вещи: в его каюте появляется его давно умершая жена Рея. Не веря в происходящее, Кельвин отправляет Рею в шаттл и выгоняет ее в космос. Однако вскоре Рея снова появляется, но уже без воспоминаний о своем предыдущем появлении. Гордон и Сноу рассказывают Кельвину о загадочных «гостях», которые приходят ночью, когда все спят. Предполагается, что за этим стоит живой океан планеты Солярис. Планета сама по себе странная, с которой явно связаны происходящие на корабле события.
Гордон предлагает способ избавиться от «гостей», однако Кельвин отказывается, так как чувствует сильную привязанность к Рее, даже если она ненастоящая. Вскоре копия Кельвина узнает о своем истинном происхождении и пытается покончить с собой, выпивая кислоту, но неуспешно. В итоге Рея решает добровольно отправиться на уничтожение, не сообщая об этом Кельвину. Гордон с трудом успокаивает Кельвина. Затем они находят тело Сноу, и голограмма ученого раскрывает свою личность. Однако оказывается, что Солярис быстро увеличивает массу, и станция начинает падать на планету. Гордон спасается на шаттле, а Кельвин остается на станции, которая, по всей видимости, разрушается.
Крис Кельвин оказывается дома, где порезал палец точно так же, как перед отправлением, но рана мгновенно заживает. После этого он видит перед собой Рею.
