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.