未来世界，随着科技的飞速进步，地球的污染也越来越严重。为了遏制这种现状，一家名为月能工业有限公司的企业应运而生。该公司致力于月球能源的开发，通过采集氦 -3 来满足地球对能源的需求。月能公司在月球设有基地，山姆 · 贝尔（山姆 · 洛克威尔 Sam Rockwell 饰）正是该基地上唯一的工作人员。山姆是公司聘用的合同工，他已在月球孤零零地生活 3 年，陪伴他的只有智能机器人戈蒂（凯文 · 斯派西 Kevin Spacey 饰）。枯燥乏味的生活令山姆归心似箭，在还有两周就离开月球的时候，山姆偶然遭遇一起事故。醒来后的他发现戈蒂似乎对其有所隐瞒，公司高层也拒绝他的回程请求。山姆借机逃出基地，却在事故发生地点发现另一个自己…

科学家观测发现一个震惊世人的现象，一颗巨大的小行星正向地球袭来，人类即将遭遇灭顶之灾。为了挽救这场危机，人类提出了大胆的“月盾计划”。独孤月(沈腾 饰)是该计划的一名中级维修工，遥远的月球上，他偷偷暗恋美丽飒爽的指挥长马蓝星(马丽 饰)，但是对方却从未将其放在眼里。某天，陨石群提前到达月球表面。驻守月球的人类急速撤离，却偏偏将独孤月遗忘在这里。荒凉的月球上，除了独孤月外，还有一只脾气并不太好的袋鼠。遥远的绝地，独孤月和袋鼠展开了别开生面的求生之旅……