La doctora Ryan Stone (Sandra Bullock) es una especialista en su primera misión a bordo del transbordador espacial Explorer. Está acompañada por el veterano astronauta Matt Kowalski (George Clooney), quien está al mando de su última misión, antes de retirarse. Durante una caminata espacial para reparar el telescopio espacial Hubble, el Control de Misión en Houston (Ed Harris) advierte al equipo de que la destrucción de un satélite difunto por parte de los rusos ha provocado una reacción en cadena y la formación de una nube de desechos espaciales.