Sam Bell (Sam Rockwell) está perto de completar seu contrato de 3 anos com a Lunar Industries, que minera a fonte primária de energia da Terra no lado escuro da Lua. Sozinho com Gerty (dublado por Kevin Spacey), o computador vigilante da base, como seu único companheiro, o isolamento prolongado de Bell deixou marcas.

Sua única ligação com o mundo exterior vem de mensagens via satélite de sua esposa e filha. Ele deseja voltar para casa, mas um terrível acidente na superfície lunar leva a uma descoberta perturbadora que contribui para a sua crescente sensação de paranóia e deslocamento para muitas milhas longe de casa.