서기 2020년. 세계 최초의 우주 비행사들이 화성 착륙에 성공하였다. 그러나 화성 탐사 대원들이 화성에 도착하자마자 작전 사령관 루크 그래함(Luke Graham: 돈 치들 분)과 그의 대원들은 위협에 직면하게 된다. 루크는 악몽이 시작되기 바로 직전, 메시지를 지구에 타진하지만 루크를 제외한 모든 대원들은 형체를 식별할 수 없는 거대한 힘에 의해 공중분해되어 우주 공간으로 사라진다. 인류 최초로 인간이 화성 착륙에 성공하자 NASA는 그 기쁨에 취하기가 무섭게 탐사 대원이 전송한 메시지를 받고 경악을 금치 못한다. NASA는 황급히 화성에서 일어난 비극의 원인을 조사하고 생존자를 구하기 위하여 구조작전에 착수한다. 구조작전 사령관 우디 블레이크(Woodrow 'Woody' Blake: 팀 로빈스 분)와 짐 멕코넬(Jim McConnell: 게리 시나이즈 분)은 동료 대원 닥터 테리 피셔(Terri Fisher: 코니 넬슨 분), 과학자 필 올마이어(Phil Ohlmyer: 제리 오코넬 분)와 팀을 이루어 화성을 향한 6개월간의 대장정에 돌입한다. 그러나 화성 착륙 직전 구조대가 탄 우주 비행선에 기체 결함이 발생한다. 가까스로 본체에서 분리시킨 착륙선에 옮겨타기 위한 과정에서 사령관 우디 블레이크가 대열에서 이탈하게 된다. 누군가가 그를 구조하지 못할 경우 우디는 영영 우주의 미아가 될 운명에 처하고 그의 아내인 닥터 테리 피셔는 남편을 구하기 위해 목숨을 걸지만 두 사람의 목숨이 다 위험하다는 것을 알고 있는 우디는 스스로 자폭하여 아내의 목숨을 구한다. 사령관의 주검을 뒤로 한 채 나머지 대원들은 마침내 화성착륙에 성공한다. 유일한 생존자 루크 그래함과 조우한 구조 대원들은 루크가 촬영한 녹화자료와 음성자료를 분석한다. 이 자료를 통해 대원들은 화성에도 뭔가 정체를 알 수 없는 생명체가 존재하고 있으며, 그 생명체가 자신들에게 의미는 알 수 없지만 특별한 메시지를 보내고 있다는 것을 알아내게 되는데.