Répondant à l'appel de détresse lancé par son ami Giberian, le commandant du Prométhée, une station spatiale gravitant autour de la planète Solaris, le docteur Chris Kelvin décide de se rendre à son bord. Une fois sur place, il découvre que Giberian s'est suicidé et que les deux autres scientifiques présentent des signes aigus de stress et de paranoïa.
Chris mène alors des recherches sur le comportement pour le moins étrange des rescapés. Lui-même sera victime d'une force mystérieuse qui le mettra en présence de Rheya, celle qu'il a aimée autrefois et qui a mis fin à ses jours.