在不遠的未來，人口暴增環境惡化，美麗的地球不堪重負，於是人們把目光轉向了火星，希望把這顆紅色的星球改造成人類的第二家園。在過去的25年裡，人類向火星發射了大量的藻類植物，讓他們在火星繁殖並製造氧氣，但突然之間氧氣含量驟減，人類一下就傻逼了。迫切的想要知道火星上發生了什麼，於是在太空中建造了一艘龐大的飛船，載著全人類的希望前赴火星調查原因。
領隊的是小曼精明能幹，他帶領著五位隊員耗時半年到達了火星軌道。就在降落的前一刻，飛船遭遇了強烈的太陽風暴，高達五級的電磁脈衝使得電子系統嚴重損毀，動力全失。面對馬上解體的飛船，小曼要求大家立刻登陸火星，自己則留下來穩住飛船，為他們手動發射登陸艙。五名隊員只能服從命令，沒想到登陸艙的自動導航系統失靈，先騰只能手動駕駛，但還是偏離了有著火星補給艙的登陸點。
面對險峻的地勢，先騰丟棄了裝在機器狗艾米的著陸架，改由緩衝裝置登陸。另一邊，飛船系統崩潰，重力消失，使得小曼的滅火工程困難重重，每消滅一處都會有更多的火苗竄出來，她不得已只能放出大招，穿上太空服，打開艙門排空大火化解了危險，並且成功重啟了系統，拯救了飛船。
五人在經歷了一系列的旋轉跳躍後，終於踏上了火星的地面。而首席科學家老白卻在剛才的著陸過程中不幸脾臟破裂，不忍拖後腿的他選擇留下來等死，讓氧氣有限的四人立即趕往補給艙，繼續完成火星任務。
一路上，他們看到的是一片荒涼，連藻類的影子都沒有。與此同時，機器狗艾米也從被棄的著陸架中爬了出來，釋放了無人機開始尋找隊員們。四人在氧氣耗盡之前終於趕到了補給艙，但這裡只剩下一片廢墟，他們怎麼也想不明白能經歷超級風暴的補給艙怎麼被撕成了碎片，而沒有氧氣食物，他們在火星只能等死。於是，地質學家佩格開始埋怨起先藤，怪他沒有控制好登陸艙。
爭執時一個失手把先騰推下了山崖。雖然佩格心裡懊悔萬分，但還是向其餘兩人隱瞞了自己錯手殺人的事實。機械工程師蓋樂的氧氣最先耗盡，開始在地上拚命的掙扎，但在生命的最後關頭，蓋樂敲開了自己的頭盔。令人意想不到的是，他竟然能夠呼吸，其餘兩人也紛紛打開自己的頭盔，大口大口的呼吸起來。
倖存的三人不僅好奇之前傳回地球的數據，測得的氧氣含量極低，而現在連製造氧氣的藻類都沒有了，居然可以自由的呼吸。隨後，機器狗艾米也找了回來。當得知三人要取出它的導航系統時，為求自保的艾米竟自動開啟了戰鬥模式。它展開18般武藝掐斷了生物學家波齊的一根肋骨後便跑了。但他們知道艾米還會回來，趁他們落單時一個一個的消滅他們。第二天蓋樂在廢墟中修好了一台被損毀的無線電，聯繫上了已經脫險了的小曼。她興奮的告訴小曼，火星上雖然沒有藻類，但卻有了充足的氧氣。
而小曼則告訴他，地球總部已經下令撤退。由於燃料有限，飛船隻能在火星軌道上繼續飛行19個小時，他們必須在這段時間內登上一百公里外的一艘俄式探測艙藉此登上飛船一起返回地球。同時，小曼偷偷的告訴他，這架探測艙最多只能坐下兩人，知道真相的蓋樂沈默了。隨後三人開始拚命趕路，但倒黴的他們又遇上了冰風暴，氣溫驟降到零下五十度，惡劣的生存環境使得三人不得不停下腳步，躲進了一個小山洞，等待風暴結束。
山洞裡蓋樂敞開了心扉，告訴他們探測艙只能坐下兩人，得知真相的佩格害怕被留下偷了無線電獨自逃命。跑出去沒多久，佩格就被艾米給收拾了。波奇在查看佩格屍體時發現有點不對勁，準備割開頭盔，哪隻配個竟像煙花般的炸了起來。原來有一種線蟲正在瘋狂的吞噬綠藻，他們不僅吃綠藻，還吃一切可以吃的東西。之前的補給艙也是被他們吃掉了，但他們吃完會產生大量的氧氣，這就是火星上綠藻消失，仍有大量氧氣存在的原因。知道真相的波奇抓了兩隻樣本，準備帶回去研究，但沒走幾步，自己也被線蟲咬穿宇航服，而口吐鮮血，波奇將樣本扔給了蓋樂，點燃了藻類與線蟲同歸於盡。
肩負重任的蓋樂來到探測艙前準備發射升空，但卻發現電池沒電了。而這時艾米也趕來收最後一個人頭，蓋樂卻利用計謀反殺了艾米，取下了他的電池，最終蓋樂坐上探測艙飛回太空。小曼發現後，用激光定位好行程飛奔三公里把蓋樂救回了飛船。最後兩人駕駛著飛船帶著線蟲樣本返回地球，同時也給人類帶來了新的希望。
