A trama acompanha uma missão de dois anos rumo a Marte em uma espaçonave com três tripulantes, a comandante Marina (Toni Colette), a médica Zoe (Anna Kendrick) e o cientista David (Daniel Dae Kim). Após um lançamento tranquilo, eles encontram problemas ao descobrirem Michael (Shamier Anderson) um técnico ferido e desacordado em um dos dutos da espaçonave. Agora eles precisam gerenciar recursos planejados para três pessoas e fazê-los render para quatro, mas o principal problema é o suprimento limitado de oxigênio.
A narrativa aos poucos vai nos apresentando à rotina dos personagens dentro da espaçonave, a relação amistosa entre eles e a natureza altamente restrita de todos os recursos que eles dispõem. O trio principal é competente em nos convencer de que esses astronautas passaram tanto tempo juntos se preparando para a missão que já desenvolveram uma certa proximidade um com o outro, inclusive desenvolvendo suas próprias piadas internas.