在近未來，世界大饑荒和沙塵暴讓人類生活苦不堪言。農作物更是在枯萎病的肆虐下相繼滅絕，唯一還能種植的只剩玉米。
為了維持糧食生產，絕大多數人成了農民，包括曾經身為飛行員的酷搏，沒想到有一天酷搏改裝的收割機，像被一種神秘力量驅動，集體聚集到他的住所附近。
與此同時，女兒莫非的房間傳來異動，幾本書竟莫名其妙掉下來，在書架上形成了多個空格。其實，這種情況並不是第一次發生，莫非一直覺得他身邊有一個幽靈，對方想要透過摩爾斯電碼和他進行對話。但庫柏當然不相信，可幾天後發生的怪事，讓庫柏的三觀發生了動搖。
這天，沙塵暴如往常一樣鋪天蓋地席捲而來，可沙塵卻透過墨菲的。窗戶在地上形成了寬窄不一的圖案。苦柏研究了整整一夜後，發現這是引力異常造成的。而這些條文其實是二進位制編碼破譯出來的結果是一個座標。
可當庫博來到座標的位置出現在眼前的竟是一個破舊的基地。他拿著老虎前準備一探究竟，一束強光赫然出現，父女倆被人抓了起來。
原來，這裡是美國航天局的秘密基地，因為他們早就意識到，如今的地球就快連玉米都種不了了。人類的唯一出路只有宇宙移民，但現在全世界都在捱餓，繼續花費鉅額經濟，探索宇宙必定會引起民憤。所以，政府只能秘密重組。
美航局負責人正是庫柏以前的教授。原本以人類的科技水平根本無力探索更遠的太空，可就在幾十年前，一個神秘力量默默幫人類開通了前往另一個星系的蟲洞，可以極大的縮短航行的時間和距離。美航局把這股力量稱為他們。
於是，美航局派出12位先驅，對不同的星球進行探索，而目前只有三個人。反饋了積極訊號，現在需要再派一批人穿越蟲洞，找到這三個人所在的地方，去確認那些星球是否宜居。在此基礎上，教授有兩個計劃，a計劃把人類用巨大的空間站帶離地球去往新家園。但目前引力方程式仍未解除成了這個計劃最大的阻礙。
b計劃飛船上攜帶5000個胚胎，如果a計劃無法實現，就在外星球上孵化新人類。酷博作為最出色的宇航員，勢必要承擔艱鉅的探索任務。可墨菲卻哭著求爸爸不要離開，因為他透過書架上掉落的書籍破譯出了一個資訊留下。但為了拯救人類，酷博堅持了自己的選擇，只給墨菲留下一隻手錶和一句我一定會回來的。
與酷博同行的還有教授的女兒布蘭德。隨著二級分離的完成，庫柏正式進入太空，併成功與空間站完成對接。
飛船在太空中孤獨航行兩年後，終於來到蟲洞附近。庫柏還以為蟲洞是個漩渦狀，遂洞，沒想到是個球體。
“so they say， i ant to go for ike.”
“一個數字。還有什麼問題？”
成功穿過蟲洞後，他們要先前往一號星球，那裡幾乎處於黑洞的臨界點。巨大的引力會讓時間變得緩慢，那裡的一個小時相當於地球七年酷搏，一個帥氣的空氣殺，安全降落在一號星球的水面，可這裡什麼都沒有。
先驅者的飛船也已經解體成碎片，遠處還有一座山，不那不是山，而是一片正在遠去的巨浪下，一片巨浪就在身後。
庫博焦急呼喊，布蘭德，快回來。可兩人的目標卻出現了分歧，一個想保住性命回到地球的家，一個執意想要完成任務，給地球人類一個家。眼看巨浪襲來，緊急關頭，飛船上的機器人把布蘭德抱了回來。而另一位宇航員因為晚了0.0001秒被巨浪捲走，飛行器也進了水，必須排乾淨才能啟動。
一來二去，幾個小時過去了，當他們再次回到空間站時，那裡竟然已經過去了23年，獨自留守的宇航員已是暮年，飛船和地球也失去了聯絡。只能接收，無法傳送資訊。
如今，空間站的能源只夠在探索一個星球，他們必須要做出選擇。二號星球一直在傳遞訊號，離得更近，三號星球可能更宜居，但也更遠，而且三號星球已經失聯三年。布蘭德想要去三號星球，但他的提議被果斷否決，因為他和三號星球的宇航員是戀人關係。
飛船最終停在了二號星球，這裡的風雪是面部的白色，凍土，是墓碑的黑色。他們在著陸艙中發現了冬眠的博士，並將其喚醒。博士告訴他們，這個星球的白天和夜晚都是67個小時，雖然空氣中氨氣含量巨大，但在地表下面藏有空氣。
與此同時，他們收到了空間站轉發過來的影片，因為地球也已經過去了23年，莫非已經長大成人？他不但帶來了教授的死訊，還有計劃的真相。原來，自從庫柏進入太空後，莫非就一直跟在布蘭德教授身邊，致力於解決引力方程，可教授臨死前卻告訴他，a計劃只是個騙局，因為沒有黑洞的資料是。
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不可能解除引力方程式的從始至終只有b計劃。也就是說他的爸爸永遠不可能回來了，又或者爸爸早就知道這是個騙局。
“你是我的呢？”
聽到這個訊息後，布蘭德和庫柏一臉震驚，只有不是無比淡定，因為他早就知道真相。事已至此，眾人只好決定在這個星球培育人類胚胎。只有酷博堅持要回地球，他想在臨走前幫助他們搭建好營地，可就在他和博士一起尋找搭建地點時，博士突然發難，拽掉了庫柏的通訊器，一把將他推下懸崖。
