Kosmonauten Chris Kelvin anländer till en rymdstation i omloppsbana runt vattenplaneten Solaris. Han har i uppdrag att utreda en serie mystiska händelser på stationen - förträngda minnen tycks ta fysisk form och bli verkliga. Snart dyker hans egen döda fru upp. Fenomenen förefaller knutna till vattenplaneten som kanske, kanske inte, besitter ett slags medvetande.