Bộ phim diễn ra trong một tương lai không xa, khi cuộc khủng hoảng năng lượng trên Trái đất đã được giải quyết bằng một loại đá đặc biệt trên Mặt trăng. Công ty Lunar đã thuê Sam Bell lên Mặt trăng làm việc trong hợp đồng 3 năm, nhiệm vụ của anh là khai thác loại đá này. Sam sống trong một trung tâm điều khiển hiện đại và có sự hỗ trợ của một con robot thông minh tên là Gerty.
Chỉ còn 2 tuần nữa là hợp đồng của anh kết thúc, vậy mà Sam đang rất háo hức quay về nhà để gặp lại vợ và cô con gái 2 tuổi mà anh vẫn chưa từng bếmo. Thế nhưng, không hiểu sao anh bắt đầu gặp những ảo giác và sức khỏe ngày càng giảm sút. Trong một lần khảo sát địa hình bên ngoài, Sam gặp phải một tai nạn. Khi tỉnh lại, anh phát hiện đã quay về trung tâm, và Gerty thông báo rằng anh đã mất một phần trí nhớ.
Sam cảm thấy có điều gì đó không ổn khi Gerty không cho anh ra ngoài lần nào nữa. Với sự nghi ngờ trong lòng, Sam quyết định tìm cách thoát ra và quay lại hiện trường vụ tai nạn. Lúc này, anh phát hiện ra một Sam Bell khác đang nằm trong xe. Điều này khiến anh choáng váng, và anh quyết định đưa người kia về để chữa trị đồng thời khám phá những bí ẩn đang bủa vây xung quanh mình.
