在近未来，世界大饥荒和沙尘暴让人类生活苦不堪言。农作物更是在枯萎病的肆虐下相继灭绝，唯一还能种植的只剩玉米。
为了维持粮食生产，绝大多数人成了农民，包括曾经身为飞行员的酷搏，没想到有一天酷搏改装的收割机，像被一种神秘力量驱动，集体聚集到他的住所附近。
与此同时，女儿莫非的房间传来异动，几本书竟莫名其妙掉下来，在书架上形成了多个空格。其实，这种情况并不是第一次发生，莫非一直觉得他身边有一个幽灵，对方想要通过摩尔斯电码和他进行对话。但库柏当然不相信，可几天后发生的怪事，让库柏的三观发生了动摇。
这天，沙尘暴如往常一样铺天盖地席卷而来，可沙尘却通过墨菲的。窗户在地上形成了宽窄不一的图案。苦柏研究了整整一夜后，发现这是引力异常造成的。而这些条文其实是二进制编码破译出来的结果是一个坐标。
可当库博来到坐标的位置出现在眼前的竟是一个破旧的基地。他拿着老虎前准备一探究竟，一束强光赫然出现，父女俩被人抓了起来。
原来，这里是美国航天局的秘密基地，因为他们早就意识到，如今的地球就快连玉米都种不了了。人类的唯一出路只有宇宙移民，但现在全世界都在挨饿，继续花费巨额经济，探索宇宙必定会引起民愤。所以，政府只能秘密重组。
美航局负责人正是库柏以前的教授。原本以人类的科技水平根本无力探索更远的太空，可就在几十年前，一个神秘力量默默帮人类开通了前往另一个星系的虫洞，可以极大的缩短航行的时间和距离。美航局把这股力量称为他们。
于是，美航局派出12位先驱，对不同的星球进行探索，而目前只有三个人。反馈了积极信号，现在需要再派一批人穿越虫洞，找到这三个人所在的地方，去确认那些星球是否宜居。在此基础上，教授有两个计划，A计划把人类用巨大的空间站带离地球去往新家园。但目前引力方程式仍未解除成了这个计划最大的阻碍。
B计划飞船上携带5000个胚胎，如果A计划无法实现，就在外星球上孵化新人类。酷博作为最出色的宇航员，势必要承担艰巨的探索任务。可墨菲却哭着求爸爸不要离开，因为他通过书架上掉落的书籍破译出了一个信息留下。但为了拯救人类，酷博坚持了自己的选择，只给墨菲留下一只手表和一句我一定会回来的。
与酷博同行的还有教授的女儿布兰德。随着二级分离的完成，库柏正式进入太空，并成功与空间站完成对接。
飞船在太空中孤独航行两年后，终于来到虫洞附近。库柏还以为虫洞是个漩涡状，遂洞，没想到是个球体。
“So they say， I want to go for here. Two， four. So we're not going to space like.”
“一个数字。还有什么问题？”
成功穿过虫洞后，他们要先前往一号星球，那里几乎处于黑洞的临界点。巨大的引力会让时间变得缓慢，那里的一个小时相当于地球七年酷搏，一个帅气的空气杀，安全降落在一号星球的水面，可这里什么都没有。
先驱者的飞船也已经解体成碎片，远处还有一座山，不那不是山，而是一片正在远去的巨浪下，一片巨浪就在身后。
库博焦急呼喊，布兰德，快回来。可两人的目标却出现了分歧，一个想保住性命回到地球的家，一个执意想要完成任务，给地球人类一个家。眼看巨浪袭来，紧急关头，飞船上的机器人把布兰德抱了回来。而另一位宇航员因为晚了0.0001秒被巨浪卷走，飞行器也进了水，必须排干净才能启动。
一来二去，几个小时过去了，当他们再次回到空间站时，那里竟然已经过去了23年，独自留守的宇航员已是暮年，飞船和地球也失去了联系。只能接收，无法发送信息。
如今，空间站的能源只够在探索一个星球，他们必须要做出选择。二号星球一直在传递信号，离得更近，三号星球可能更宜居，但也更远，而且三号星球已经失联三年。布兰德想要去三号星球，但他的提议被果断否决，因为他和三号星球的宇航员是恋人关系。
飞船最终停在了二号星球，这里的风雪是面部的白色，冻土，是墓碑的黑色。他们在着陆舱中发现了冬眠的博士，并将其唤醒。博士告诉他们，这个星球的白天和夜晚都是67个小时，虽然空气中氨气含量巨大，但在地表下面藏有空气。
与此同时，他们收到了空间站转发过来的视频，因为地球也已经过去了23年，莫非已经长大成人？他不但带来了教授的死讯，还有计划的真相。原来，自从库柏进入太空后，莫非就一直跟在布兰德教授身边，致力于解决引力方程，可教授临死前却告诉他，A计划只是个骗局，因为没有黑洞的数据是。
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