Sam Bell (Sam Rockwell) está perto de completar seu contrato de três anos com a empresa Lunar Industries, que minera a fonte primária de energia da Terra no lado escuro da Lua. A única companhia de Sam é o vigilante computador da base chamado Gerty (voz de Kevin Spacey). Todo esse isolamento está se fazendo sentir na vida de Sam. Sua única conexão com o mundo exterior são mensagens de sua esposa e filhinha enviadas via satélite. Ele anseia pelo momento de voltar para casa, mas um terrível acidente na superfície lunar leva a uma descoberta perturbadora que contribui para seu crescente sentido de paranóia e fragmentação a tamanha distância de casa.