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公元2020年,云集了无数顶尖科学家的世界空间站(World Space Station)正在进行一项载人飞船火星登陆计划。由卢克·格莱姆(Don Cheadle 饰)率领的4人小组成功抵达这颗无人星球,他们在此发现一些奇怪景象,随后小组成员也接连毙命。为了调查这起悲剧 的原因并寻找可能的生还者,空间站派出伍迪·布雷克(蒂姆·罗宾斯 Tim Robbins 饰)率领的救援小组前往火星。
然而救援小组也遭遇诸多磨难,船体损坏、机器失灵、燃料泄漏、成员死亡等等,无一不在消磨着救援人员的斗志。抵达火星后,布雷克他们找到了卢克船长,继而发现亿外年前外星人留在火星上的遗迹和信息,这一切都与人类有着千丝万缕的关系……