En un futuro no muy lejano, el astronauta Sam Bell (Sam Rockwell) está aislado en una base lunar encargado de una explotación minera que provee un abundante y limpio combustible a La Tierra llamado Helium-3. La única compañía de Sam es Gerty una computadora con inteligencia artificial que actúa como su asistente, sólo puede hablar con la máquina pues debido a que el satélite de comunicaciones está averiado no se puede mantener una comunicación directa con La Tierra, sólo puede enviar y recibir mensajes a la compañía y a su esposa e hija de tres años a la que no conoce.
Cuando el contrato de tres años de Sam con la compañía está a punto de finalizar y podrá por fin regresar a casa con su familia, sufre un accidente y a partir de eso sucederá algo inesperado que le descubrirá su verdadero destino en la luna.
Sam Rockwell (“Choke”) es el protagonista absoluto junto a la máquina Gerty cuya voz es la del doblemente ganador de un oscar Kevin Spacey (“Sospechosos habituales”), en éste primer largometráje del director Duncan Jones (hijo de David Bowie).