Chris Kelvin, psychologue, est appelé au secours par un de ses amis parti en observateur dans une station en orbite autour de la planète Solaris. Celle-ci semble avoir une étrange influence sur les scientifiques de la station qui ne répondent plus aux appels. N'ayant rien à perdre, Chris s'y rend à son tour. À son arrivée, il découvre que son ami est mort, après s'être vraisemblablement suicidé. Rapidement, il est victime à son tour d'hallucinations : sa femme, décédée plusieurs années plus tôt, lui rend visite. Ne s'étant pas encore remis de sa disparition, il trouve peut-être là l'occasion d'une rédemption.