Umieszczona w przyszłości fabuła opowiada o wydarzeniach na stacji kosmicznej krążącej po orbicie planety Solaris. Owo ciało niebieskie w całości pokryte jest ogromnym oceanem, a niektórzy podejrzewają, że to gigantyczne morze jest formą jakiegoś rodzaju wyższej inteligencji. Tymczasem na stacji kosmicznej zaczyna dziać się coś niepokojącego. Ziemia wysyła na orbitę Solaris psychologa Krisa Kalvina z misją zbadania sprawy. Na miejscu okazuje się, że jeden z członków załogi stacji nie żyje, a dwoje pozostałych zachowuje się bardzo dziwnie.

Solaris to planeta, która materializuje obraz tych, z którymi nie jesteśmy w stanie się rozstać w swoich myślach, uczuciach, życzeniach, bez względu na to, jakiego rodzaju są to uczucia: miłość, żal czy poczucie winy. Solaris nie więzi, ale i nie wypuszcza swoich gości. W dużej mierze film stanowi połączenie fantastyki z rozmyślaniami o kosmosie, Ziemi, człowieku, sumieniu, życiu, śmierci oraz odpowiedzialności.

Adaptacja powieści Stanisława Lema "Solaris", której toczy się w bazie pozaziemskiej na Solaris. Długie przebywanie w kosmosie i wiążąca się z tym automatyzacja doprowadzają załogę do psychoz i nerwic. Kelvin, specjalista od psychologii kosmonautów, otrzymuje polecenie udania się na planetę Solaris. Jego zadaniem jest sprawdzenie, co stało się ze znajdującą się tam grupką uczonych. Po dotarciu na miejsce odkrywa, że planeta ma niezwykłą właściwość: może odtwarzać i materializować obrazy, które ludzie ukrywają w podświadomości.