In der nahen Zukunft ist die Energiekrise kein Thema mehr. Die Firma Lunar hat auf der Mondrückseite eine Raffinerie errichtet, die beinahe vollautomatisch das auf der Erde seltene, zur Kernfusion benötige Helium-3 abbaut. Lediglich zur Wartung der Anlage ist noch ein Mensch vonnöten.
Seit fast drei Jahren übernimmt Sam Bell (Sam Rockwell) diesen Job. Nur der Roboter Gerty (im Original gesprochen von: Kevin Spacey) leistet ihm Gesellschaft, mit seiner Frau Tess (Dominique McElligott) und seiner jungen Tochter Eve (Kaya Scodelario) hält er nur über aufgezeichnete Videobotschaften Kontakt.
Mit dem Ende seines Vertrages steht die Rückkehr zur Erde an. Doch in den verbleibenden Tagen auf dem Mond häufen sich merkwürdige Vorkommnisse: Sam bekommt Halluzinationen, Gerty reagiert auf seine Fragen abweisend, bei einem Unfall verliert er Teile seines Gedächtnis. Beginnt Sam nach Jahren der Einsamkeit durchzudrehen – oder hat man ihm nicht die ganze Wahrheit über seinen Job auf dem Mond erzählt...
