Sam Bell (Sam Rockwell) approche de la fin de son contrat de 3 ans chez Lunar Industries à miner les ressources primaires de la Terre sur la face cachée de la lune. Seul avec l'ordinateur vigilant de la base, Gerty (avec la voix de Kevin Spacey, récompensé aux Oscars en 1993 pour American Beauty) pour seul compagnon, le long isolement de Bell a été dur à supporter. Son unique lien avec l'extérieur vient des messages satellites de sa femme et de sa jeune fille. Il a hâte de rentrer chez lui, mais un terrible accident à la surface de la lune mène à une découverte déconcertante qui contribue à sa paranoÏa grandissante et à sa mise à l'écart si loin de chez lui.