Egy deréktól lefelé megbénult háborús veterán a távoli Pandorára utazik. A bolygó lakói, a Na'vik az emberhez hasonló faj - de nyelvük és kultúrájuk felfoghatatlanul különbözik a miénktől. Ebben a gyönyörű és halálos veszélyeket rejtő világban a földieknek nagyon nagy árat kell fizetniük a túlélésért. De nagyon nagy lehetőséghez is jutnak: a régi agyuk megőrzésével új testet ölthetnek, és az új testben, egy idegen lény szemével figyelhetik magukat és a körülöttük lévő felfoghatatlan, vad világot. A veterán azonban más céllal érkezett. Az új test új, titkos feladatot is jelent számára, amit mindenáron végre kell hajtania.

Soderbergh Solarisa tehát alapvetően érzelmes, rejtélyekkel teli szerelmi történet, melynek cselekményét tudományos-fantasztikus háttér foglalja keretbe. Dr. Chris Kelvint azzal a feladattal bízzák meg, hogy megtalálja az okát a Prometheus nevű űrállomáson tartózkodó, tudományos kutatást folytató, mindössze háromtagú tudóscsoport rejtélyes viselkedésének. A kutatók ugyanis mindenfajta kommunikációt megszakítottak a földdel. Kelvin, miután áttanulmányozza a Prometheuison lévő csoport vezetője, Gibarjan (aki mellesleg Kelvin jó barátja) hivatalos közleményét, elvállalja a feladatot. A parancsnok Kelvin segítségét kéri, de hogy miért, nem hajlandó - vagy nem képes - elmagyarázni. Az űrállomásra érkező Kelvin, aki tisztában van azzal, hogy az ő véleménye nyomán születik meg a végső döntés a Prometheus további sorsáról, megdöbbenve látja, hogy Gibarjan időközben öngyilkosságot követett el, a bázison maradt két tudós pedig paranoiához hasonló elmezavar jeleit mutatja. Látomásaik minden bizonnyal a Solaris nevű bolygón végzett kutatómunkájukkal állnak összefüggésben. Lassanként Kelvint is hatalmába keríti e különös világ misztériuma. A Solaris megajándékozza a lehetőséggel, hogy újraélje feleségéhez fűződő múltbéli kapcsolatát, mely az asszony halála óta folyamatos bűntudatot és lelkiismeret-furdalást okozott benne. Vajon képes megváltoztatni a múltat, vagy arra van kárhoztatva, hogy újra elkövesse ugyanazokat a hibákat?