Kelvin, un psychologue, vit avec le souvenir de sa femme décédée. Un message, envoyé par un ami en mission autour de la planète Solaris, le tire de sa déprime : c'est un appel à l'aide. Une équipe de sauvetage, envoyée pour secourir le vaisseau en orbite, n'est pas revenue de son périple. Kelvin se rend sur place, seul, pour tenter de comprendre ce qui a pu se passer. Il découvre, dès son arrivée, le corps de son ami. Les deux autres astronautes, psychologiquement perturbés, rechignent à donner une quelconque explication. Selon eux, leur compagnon se serait suicidé. Au cours d'une nuit agitée, Kelvin voit apparaître son épouse, telle qu'elle était dans son souvenir. D'autres visiteurs, surgis du passé, se manifestent également...