Sam Bell (Sam Rockwell) ist kurz davor, seinen 3-Jahres Vertrag auf dem Mond abzuschließen. Als einziger Mensch überwacht er die eigentlich vollautomatische Förderung von Helium-3, auf der Rückseite des Mondes. Durch einen Satellitenfehler hat er keinen direkten Kontakt zur Außenwelt, sondern bekommt nur Aufzeichnungen von Botschaften seiner Liebsten zu sehen.
Sein einzig wirklicher Kontakt ist daher Roboter GERTY (gesprochen von: Kevin Spacey). Als er nach einem Unfall mit Erinnerungslücken aufwacht, hat er das Gefühl, dass etwas nicht stimmt und als er schließlich auf ein weiteres Besatzungsmitglied stößt, gerät seine Rückkehr auf die Erde in Gefahr.