En mission à bord de la navette Explorer, l'astronaute Matt Kowalski et la docteure Ryan Stone, experte en ingénierie médicale, sortent de l'appareil afin d'effectuer des réparations sur le télescope Hubble. Apres une collision avec des debris de satellittes, Le commandant de la navette spatiale américaine Explorer, Mathieu Kowalski (George Clooney), et l'astronaute scientifique Ryan Stone (Sandra Bullock), seuls survivants de la mission, tentent de retourner sur Terre en regagnant d'abord la Station spatiale internationale.