美国宇航员马特·库沃斯基（ 乔治·克鲁尼饰）和女博士莱恩·斯通（ 桑德拉·布洛克饰）搭乘“探索者”号航天飞机执行STS-151任务，修复哈勃太空望远镜。出舱执行修复工作期间，俄罗斯发射导弹击毁其一颗废弃间谍卫星，爆炸产生的碎片击毁大量航天器并冲向“探索者”号，将其与哈勃望远镜一同撞毁。除了出舱的两人，其他航天员全部丧命。库沃斯基与斯通搜索回宇航员的尸体，转而前往国际空间站，打算使用那里的俄罗斯“联盟”飞船撤离。在靠近国际空间站时，二人撞上空间站的太阳能电池板并失控，仅靠一根缠住斯通脚部的绳索与空间站相连。库沃斯基解开自己的拦截索以保斯通得救，后者驾驶“联盟”飞船开向中国天宫空间站，期间的各种故障让她近乎绝望。但凭借着濒死前看到库沃斯基的幻象，她振作起来，找到方法登上了中国天宫空间站，并最终驾驶神舟飞船返回地球。