El astronauta Brian Harper está trabajando en un satélite en una misión del transbordador espacial en 2011, cuando un misterioso enjambre negro ataca la misión y mata a un compañero. En la Tierra, nadie cree su explicación, se culpa al error humano y Harper es despedido.

Diez años después, el teórico de la conspiración KC Houseman, que cree que la Luna es una megaestructura artificial, roba tiempo en un telescopio y descubre que la órbita de la Luna se está acercando a la Tierra. Intenta compartir sus descubrimientos con Harper, que lo desestima, lo que lleva a KC a hacerlo público en las redes sociales.

La NASA organiza una misión lanzada en un SLS Block 2 para investigar la anomalía. El enjambre ataca y mata a los tres miembros de la tripulación, después de que dejen caer una sonda en un agujero artificial de varios kilómetros de profundidad en la Luna.

A medida que la Luna se acerca a la Tierra, se acumulan los desastres cataclísmicos: tsunamis, anomalías gravitatorias y disipación atmosférica. En la NASA se revela que el Apolo 11 descubrió las anormalidades en la Luna, y el apagón de dos minutos fue para bloquear los datos inexplicables, en los que supuestamente la Luna resonaba fuertemente por el impacto del tanque de combustible desechado del Apolo 11. Un programa llamado ZX7 creó un pulso electromagnético para intentar acabar con el enjambre, que es sacado del almacén. Un transbordador espacial es sacado de un museo y preparado para su lanzamiento. KC, Harper y la subdirectora Jocinda "Jo" Fowler se lanzan con el PEM, escapando por poco de un tsunami.

Al entrar en la Luna, descubren que el enjambre está desviando la energía generada por una enana blanca en el centro de la Luna, lo que hace que la órbita de la megaestructura artificial se desestabilice, debido a que su fuente de energía está comprometida. La megaestructura fue construida por los ancestros de la humanidad, hace miles de millones de años, como un arca al huir de una inteligencia artificial que se hizo demasiado fuerte y atacó. El enjambre es una de esas IAs que encontró la Luna, que fue la última arca. Tras el impacto de la Luna con la Tierra, que resultó en una destrucción catastrófica total, el presidente dio al jefe del Estado Mayor Conjunto, el general Jenkins, la orden de lanzar un ataque nuclear hacia la Luna. Sin embargo, el Jefe del Estado Mayor de la Fuerza Aérea, el general Doug Davidson, se niega a cumplir la orden de ataque nuclear para poder salvar las vidas de su ex esposa, Fowler, y de Harper y Houseman.

KC se sacrifica para atraer al enjambre hacia el PEM, y lo detona. Con la energía restaurada, la Luna vuelve a su órbita habitual. El sistema operativo de la Luna revela que ha almacenado la conciencia de KC, apareciendo ante él como su madre, y afirma que deben ponerse a trabajar.