Trzyletni kontrakt, który Sam Bell (Sam Rockwell) podpisał z Lunar Industries zbliża się do końca. Jest on jedynym pracownikiem stacji po ciemnej stronie Księżyca i nadzoruje wydobycie i transport helu–3 – gazu, który jest rozwiązaniem problemów energetycznych Ziemi. Jego jedynym towarzyszem jest inteligentny komputer Gerty (głos Kevin Spacey). Samowi bardzo doskwiera samotność, ma tylko jedno pragnienie – wrócić do żony i córeczki, która urodziła się tuż przed jego odlotem na Księżyc. Na dwa tygodnie przed terminem odkrywa coś bardzo dziwnego. Okazuje się, że nie jest tak do końca sam na stacji…