Augustine Lofthouse, un académico solitario, ha dedicado su vida a encontrar planetas habitables donde la humanidad pueda expandirse. En el presente, conoce a Jean Sullivan después de dar una presentación en una gala y ambos forman una relación romántica. Tras un susto de embarazo, Sullivan le deja por su obsesión por el trabajo y su incapacidad para establecer vínculos con otros seres humanos. Varios años después, cuando Lofthouse vuelve a encontrarla, ella le dice que tienen una hija, a la que él decide no conocer.

Treinta años después, en 2049, una catástrofe no especificada ha acabado con la mayor parte de la población de la Tierra y ha dejado la superficie contaminada con radiación ionizante. Lofthouse, ahora mucho más viejo, es la única persona que habita una gran base en el Ártico. Un flashback reciente le muestra negándose a unirse a la tripulación de evacuación con Mason Mosley, sabiendo que no le queda mucho tiempo de vida debido a una grave enfermedad no identificada que requiere hemodiálisis y equipo médico en la base. Busca en los sistemas informáticos de la base misiones espaciales tripuladas activas para avisar de la situación en la Tierra, y sólo encuentra una: la nave interplanetaria Aether, que regresa de una exploración de la luna habitable K-23 de Júpiter, descubierta por Lofthouse. La tripulación del Aether, por su parte, cree que sus sistemas son defectuosos, por lo que han perdido el contacto con la Tierra. Lofthouse descubre que su antena es demasiado débil para contactar con ellos, incluso después de calcular que están al alcance.

Además del deterioro de su salud física, descubrimos que Lofthouse sufre desvanecimientos mentales. Tras un incendio en la cocina, de repente encuentra a una joven escondida en la cocina, pero ella no le habla. Intenta contactar con los demás evacuados para que alguien la recoja, pero nadie responde. La chica dibuja un iris y Lofthouse deduce que ese es su nombre. Se encariña con la chica y la lleva con él en una moto de nieve a otra base más al norte, que tiene una antena más grande y potente. En el camino, en un accidente, pierde su equipo de diálisis. Al llegar a la base, consigue contactar con Aether, pero la tripulación se ve interrumpida por un campo de asteroides que daña los sistemas de radar y comunicación de la nave.

Para reparar los daños, la especialista de la misión Sully, actualmente embarazada, y su compañero, el comandante Adewole, realizan una caminata espacial con la ingeniera de vuelo Maya. Reparan las comunicaciones y el radar, pero quedan atrapados en medio de un segundo campo de asteroides que hiere mortalmente a Maya. Sully se pone en contacto con Lofthouse, que le dice que no regrese a la Tierra por el desastre, sino que vuelva a K-23 y comience una nueva vida allí. El piloto de Aether, Tom Mitchell, se niega, pero al descubrir las últimas palabras de su esposa y ver el estado de la atmósfera terrestre, comprende que lo mejor para la tripulación es volver a la luna de Júpiter. Aun así, decide utilizar uno de los dos vehículos de reentrada para volver a la Tierra, con la esperanza de encontrar a su familia, que puede haber sido evacuada a un lugar seguro temporalmente. Sánchez, que veía a Maya como una segunda hija, decide acompañarle y enterrar su cuerpo en la Tierra.

En su última comunicación con Lofthouse, Sully le dice que él fue una de las razones por las que se unió a la NASA en primer lugar. Le da las gracias y le dice que su madre Jean le conocía, ya que le había regalado una roca lunar, y que su nombre completo es Iris Sullivan. Lofthouse dice que ya sabía su nombre, dejando claro que la joven llamada Iris que había estado viendo no era real. Cuando le preguntan cómo acabó en la base desde la que contactó con Aether, dice que pensó que podría "ayudar a alguien" (insinuando que la razón por la que seguía la pista de la misión de Aether no era sólo porque descubriera la luna a la que iba, sino también porque sabía que Sully era su hija y que ella formaba parte de esa misión). Antes de salir al frío sin protección para morir, Lofthouse le dice a Sully que está orgulloso de haberla conocido por fin y Sully le describe el K-23. A Sully y a Adewole no les queda más remedio que volver a K-23 utilizando un rumbo que les proporciona Lofthouse.