La película empieza con una bióloga llamada Lena (Natalie Portman) en una celda hablando con hombres con trajes protectores mientras que un gran grupo de personas están fuera escuchando.

Otro hombre llamado Lomax (Benedict Wong) está interrogando a Lena sobre una misión reciente de la que solo ella ha regresado. Lomax dice que ella y su equipo habían desaparecido durante meses, lo que a ella le parecieron días o semanas. Ella confirma que dos de sus compañeras de equipo murieron, mientras que el destino de las otras dos sigue siendo desconocido para ella. Ella no tiene idea de lo que le acaba de pasar.

Vemos algo que se eleva en el espacio antes de que llegue a la superficie de la Tierra. Golpea un faro y pronto comienza a emitir un resplandor misterioso.

Tres años después de este suceso y en algún momento antes de su misión, Lena trabaja como profesora en Johns Hopkins, enseñando a su clase como funciona una célula cancerosa que parece multiplicarse. Ha pasado más de un año desde que su esposo Kane (Oscar Isaac) se marchó a una misión y nunca regresó.

Su colega Daniel (David Gyasi) la invita a una barbacoa en su casa, pero Lena dice que prefiere pintar su habitación. Daniel dice que no es faltarle al respeto a la memoria de Kane que ella pase tiempo con otros hombres, pero Lena rechaza la invitación.

Mientras pinta la habitación, Kane aparece en la casa. Lena lo abraza con lágrimas en los ojos. Tiene muy poco o ningún recuerdo de dónde estuvo o cómo llegó a casa.

Kane bebe un vaso de agua y dice que no se encuentra bien, como lo demuestra la sangre en el agua. Lena va con él en una ambulancia al hospital, pero de camino, son detenidos por agentes del gobierno que los sedan y los capturan.

ZONA X

Lena se despierta en una organización llamada Southern Reach. Se encuentra con la Dra. Ventress (Jennifer Jason Leigh), quien le dice que Kane formó parte de una expedición a un lugar fuera del complejo llamado El resplandor, que se formó en los alrededores del faro en los últimos años.

Al parecer, Kane es la única persona que regresó, ya que todo su equipo fue declarado como desaparecido o muerto. Kane está en las instalaciones, pero se está muriendo.

Ventress está lista para guiar a un equipo en El resplandor para encontrar la fuente de su energía, junto con otras tres mujeres: Josie Radek (Tessa Thompson), física; Cassie Sheppard (Tuva Novotny), antropóloga; y Anya Thorensen (Gina Rodriguez), una paramédica. Thorensen se presenta a Lena y la invita a conocer a los otros miembros del equipo.

Lena decide no decirles saber que Kane es su esposo y que ella tiene una inversión personal en la misión.

EL RESPLANDOR

El equipo se dirige al interior de El resplandor. La tierra está compuesta principalmente de plantas.

Después de cuatro días, el equipo parece no tener ningún recuerdo de cómo llegaron allí. Sus equipos, incluido su GPS, no parecen funcionar allí. Continúan avanzando, documentando su progreso y hallazgos. Cuando se dirigen a un refugio, algo empuja a Radek  y casi la ahoga en el agua hasta que Lena entra a salvarla.

Descubren un cocodrilo mutado emergiendo del agua. Se arrastra hacia el equipo hasta que Lena lo mata. Luego inspeccionan el interior de su boca y descubren que el cocodrilo posee dientes de tiburón, lo que sugiere que puede haber habido algún tipo de cruce entre especies.

Lena tiene múltiples flashbacks de su vida antes de la misión, como sus últimos momentos con Kane antes de irse, así como una aventura amorosa que tuvo con Daniel para lidiar con su dolor.

El equipo rema con las embarcaciones a través del lago para dirigirse hacia su destino. Lena le cuenta a Sheppard que ella y su marido eran ex soldados del ejército, y le dice que Kane murió en una misión. Ella le cuenta a Lena que perdió a una hija, y también le revela cosas sobre el resto del equipo, como que Thorensen es una adicta en recuperación y que Radek se cortaba. Sheppard añade que nadie sabe mucho sobre Ventress.

El equipo llega a la base militar donde Kane y su equipo estuvieron. Encuentran una cámara y ven un video de Kane cortando el estómago de uno de sus compañeros de equipo para quitarle una especie masa deslizándose por sus órganos.

A medida que el equipo avanza, descubren un esqueleto que parece haber sido destruido, el cual estaba dentro de una persona (está implícito que este es el hombre al que Kane intervino). El equipo comienza a ponerse tenso por su descubrimiento.

Por la noche, Lena examina una muestra de células que recogió y ve que está sufriendo mitosis, pero no como lo hace una célula normal. Luego habla con Ventress, quien sugiere que Kane fue a la misión debido a una necesidad autodestructiva, algo que ella cree que está conectado a todo el ADN humano.

De repente algo parece romperse cerca de la cabaña donde están. Sheppard va a investigar, pero algo la agarra y la atrae hace una criatura con aspecto de oso. Las demás no se dan cuenta de nada.

Por la mañana, el equipo avanza para buscar a Sheppard. Lena encuentra su cuerpo mutilado junto a un árbol.

El equipo continúa caminando y encuentra un área fuera de una casa con estructuras de plantas que crecen formando cuerpos humanos. Radek teoriza que en El resplandor está mezclando el ADN de todo lo que hay allí, que incluye las plantas, los animales y los humanos.

Esa noche, Lena despierta y encuentra a Thorensen apuntándole con un arma para luego dejarla incosciente.

Lena se despierta y se encuentra atada a una silla, junto con Radek y Ventress. Thorensen tiene el colgante de Lena y se da cuenta de que Kane es su marido.

Se ha vuelto paranoica y agresiva, y sugiere que Lena mató a Sheppard. En ese momento, escuchan una voz parecida a la de Sheppard pidiendo ayuda. Thorensen corre para encontrarla, pero encuentra a la criatura con forma de oso que emerge y ataca a las mujeres.

Los ruidos que emite son la repetición de los gritos moribundos de Sheppard antes de morir. Thorensen vuelve corriendo e intenta dispararle al oso, pero la ataca antes de cortar su garganta y su mandíbula. Radek se libera y dispara al oso hasta la muerte. Ventress cubre el cuerpo de Thorensen.

Al día siguiente, Ventress va a el faro ella sola. Radek encuentra raíces y hojas saliendo de sus brazos a un ritmo rápido. Radek se aleja y desaparece antes de que Lena pueda encontrarla (es de suponer que ha mutado a una estructura vegetal).

EL FARO

Lena encuentra el faro y la tierra que lo rodea. Hay grandes árboles de cristal y restos de esqueletos por toda la arena. El faro está cubierto con algún tipo de materia vegetal.

Lena entra y encuentra un esqueleto carbonizado sentado contra la pared y una cámara apuntando hacia él. Mira el video y ve a Kane sentado sosteniendo una granada mientras habla con alguien detrás de la cámara.

Se lo oye diciendo que no tiene idea si realmente es Kane o quién fue todo este tiempo, ya que su sentido de la realidad parece haber sido deformado. Le pide a la persona que está detrás de la cámara que cuide a Lena antes de que active la granada y muera. La persona que está detrás de la cámara aparece a la vista y se revela que es una especie de clon de Kane, el mismo que regresó con Lena.

Lena se adentra más en el faro y encuentra a Ventress. Esta le cuenta a Lena que El resplandor es de origen alienígena y que se está preparando la aniquilación.

El cuerpo de Ventress se disuelve en una brillante forma de luz que se transforma y se distorsiona. Extrae un poco de sangre de un corte en la cara de Lena antes de que cree un cuerpo humanoide.

Este cuerpo comienza a imitar todos los movimientos de Lena. Lena intenta huir, pero la entidad la agarra y sigue imitándola. Ella encuentra otra granada y la pone en manos de su clon. Lena la pone en manos de su clon mientras estalla y ella huye.

La entidad es consumida por el fuego. El faro se incendia, lo que lleva a que los árboles se colapsen, y el resto de El resplandor comienza a desaparecer.

Volvemos a Lena en las instalaciones siendo interrogada, termina de hablar con Lomax. Él le confirma que El resplandor ha desaparecido, pero Lena todavía no tiene idea de lo que le sucedió.

Kane se despertó horas después y volvió a estar lúcido. Lena va a su habitación a hablar con él. Ella le pregunta si realmente es Kane y él dice que no lo cree. Se abrazan, y vemos que sus ojos comienzan a brillar y cambian de color. Al parecer el ADN de ambos a mutado de alguna manera.