La planète Solaris, recouverte d'un océan, a longtemps intrigué les chercheurs qui y ont installé une station. Faute de résultats concluants, le docteur Kris Kelvin, un homme bouleversé par le suicide de sa femme, y est envoyé afin de définir s'il faut fermer la station ou non. Sur place, il découvre l'équipe du laboratoire spatial pris par une folie à laquelle il risque de succomber lui-même.