Lo scienziato Kris Kelvin vive in una dacia vicino ad un lago immerso nel verde. Accanto a lui ci sono il padre e una signora di nome Anna. Kris sta trascorrendo le sue ultime ore sulla Terra: è stato incaricato di raggiungere la base spaziale orbitante attorno al pianeta Solaris e decidere le sorti di quella spedizione. Le indagini scientifiche, infatti, sembrano essersi ormai arenate. Lo capiamo dal filmato che Berton, un vecchio astronauta, mostra a Kris e ai suoi familiari. Al contrario di Berton, Kris si dimostra scettico nei confronti del futuro delle ricerche. La sera, Kris brucia delle vecchie carte; tra di esse, la foto di Harey, la moglie morta dieci anni prima. Giunto sull'astronave, Kris incontra il cibernetico Snaut e il freddo scienziato Sartorius. Il terzo componente della spedizione, Gibarjan, si è suicidato, lasciando però una confessione videoregistrata proprio per Kris. Sulla stazione paiono esserci altre presenze: "ricordi", suggerisce Snaut, materializzazioni dell'inconscio apparentemente inoffensive ma che in realtà tormentano gli astronauti nel profondo dell'animo. Kris se ne rende ben presto conto di persona: accanto a lui vede comparire Harey. Costei, come gli altri "ospiti", è fatta di neutrini e può vivere solo nell'orbita di Solaris. Eppure, a poco a poco, acquista una sensibilità umana, attaccandosi sempre più a Kris. Quest'ultimo rimane "invischiato" a tal punto da subordinare la sua missione a quella disperata storia d'amore. E' la stessa Harey a prendere in mano la situazione e a volere la messa in opera di una delle strategie ideate da Sartorius per liberarsi degli ospiti, l'"annichilazione". La pace sembra ritornata a bordo della stazione orbitante: per Kris è tempo di tornare sulla Terra. Eccolo camminare di nuovo nei pressi del lago e raggiungere la propria casa. Il padre esce e il figlio si inginocchia davanti a lui, abbracciandolo. La cinepresa s'innalza vertiginosamente, a mostrarci dall'alto la casa che pare sorgere su di un'isoletta circondata dall'oceano di Solaris.