Dr. Ryan Stone ist die wissenschaftliche Leiterin einer Mission auf dem Space-Shuttle "Explorer". Zusammen mit dem erfahrenen Astronauten Matt Kowalski , der sich auf seinem letzten Einsatz befindet, und einem kleinen Team führt sie Reparatur-Arbeiten am Hubble-Teleskop durch. Die Mission verläuft reibungslos, bis Trümmerteile eines Satelliten, die den Orbit in enormer Geschwindigkeit durchlaufen, die "Explorer" zerstören und den Großteil der Crew das Leben kosten.
Zunächst treibt Stone panisch allein im All, ehe es dem smarten Kowalski gelingt, die Wissenschaftlerin zu orten. Mit einer Gurtleine verbunden, beschließen die beiden einzigen Überlebenden, die internationale Raumstation ISS anzusteuern. Allerdings befinden sich sowohl Stones Sauerstoffvorräte als auch Kowalskis Kraftstoff-Reserven des Raketenrucksacks im kritischen Bereich. Der erfahrene Astronaut beschließt, sich für Stone zu opfern und löst seine Gurtverbindung. Vollkommen allein in den Weiten des Weltraums und ohne Funkverbindung zur Erde, ist die verzweifelte Wissenschaftlerin ab jetzt völlig auf den eigenen Überlebenswillen angewiesen. Ein Albtraum, den nur sie selbst beenden kann.