Крис Кельвин давно привык доверять исключительно логике, научным фактам и холодному анализу человеческой психики. Именно поэтому руководство космической программы поручает ему почти невозможную задачу — отправиться на далекую орбитальную станцию возле загадочной планеты Солярис, откуда на Землю уже несколько месяцев приходят тревожные сообщения. Сотрудники исследовательской базы ведут себя все страннее: одни впадают в истерику, другие теряют связь с реальностью, а третьи и вовсе начинают бояться собственных мыслей. Научное сообщество подозревает коллективное помешательство, вызванное многолетней изоляцией и давлением бесконечного космоса.
Кельвин уверен, что сумеет быстро разобраться в происходящем. Для него это лишь очередной психологический кризис людей, слишком долго находящихся вдали от дома. Однако едва ступив на станцию, он понимает: привычные законы здравого смысла здесь больше не работают. Коридоры полупусты, атмосфера пропитана страхом, а ученые смотрят друг на друга с подозрением, словно скрывают нечто чудовищное.
Но настоящий кошмар начинается позже. Однажды ночью Крис сталкивается с человеком, которого никак не может существовать на станции. Перед ним появляется Хари — его жена, давно ушедшая из жизни. Несколько лет назад она покончила с собой, оставив после себя чувство вины, от которого Кельвин так и не сумел избавиться. Ученый пытается убедить себя, что это лишь галлюцинация, вызванная переутомлением или воздействием неизвестной природы Соляриса. Вот только Хари оказывается слишком реальной: она разговаривает, чувствует, помнит прошлое и смотрит на Криса так, словно никогда не умирала.
Постепенно становится ясно, что загадочная планета каким-то образом материализует самые болезненные воспоминания людей, превращая скрытые страхи, сожаления и душевные травмы в физические сущности. Солярис будто заглядывает в глубины человеческого сознания и возвращает каждому то, от чего тот когда-то пытался сбежать.
Для Криса экспедиция превращается не в научную миссию, а в мучительное путешествие внутрь собственной совести. Чем дольше он находится рядом с Хари, тем сильнее стирается граница между реальностью, памятью и безумием. Теперь ученому предстоит ответить на вопрос, который страшнее любого космического феномена: можно ли вновь обрести потерянного человека — и выдержит ли человеческий разум такую встречу.