Approchant la fin d’un contrat de trois ans avec Lunar Industries, Sam Bell compte les jours jusqu’à son retour sur Terre. Seul occupant d’une base d’exploitation minière sur la Lune, Sam contrôle les tracteurs qui en parcourent la surface pour tirer de l'hélium son énergie. Soutenu par des communications sporadiques avec sa femme et sa petite fille, Sam combat la monotonie et la solitude en s’occupant de plantes, en poursuivant le travail de menuiserie de son prédécesseur et en conversant avec le robot de la station, Gerty., mais il commence à perdre la tête. Après un accident avec son véhicule tout-terrain lunaire due à une hallucination, il se réveille à l’infirmerie et se rend compte que sa vie à la base lunaire n’est pas ce qu’elle paraît.