En 2079, el agente de la CIA Snow es detenido por asesinar al coronel Frank Armstrong, que había descubierto pruebas de un topo que vendía secretos sobre el programa espacial de Estados Unidos. El director del Servicio Secreto, Scott Langral, por consejo del Presidente, hace que Snow sea condenado por asesinato y espionaje. Snow es condenado a treinta años en la penitenciaría espacial de máxima seguridad MS One, donde los prisioneros son mantenidos en éxtasis durante el tiempo que dura su condena. El amigo de Snow y compañero agente Harry Shaw intenta localizar a Mace, el contacto de Snow, que sabe dónde está escondido el maletín de Frank que contiene los secretos robados.

Mientras tanto, la hija del Presidente, Emilie, llega a MS One para investigar las afirmaciones de que mantener a los prisioneros en estasis puede provocarles inestabilidad mental. El alcaide le permite entrevistar a Hydell, un preso trastornado. Éste consigue escapar y libera a todos los presos, iniciando un motín liderado por su hermano Alex. Emilie recibe un disparo y es capturada junto con otros. Shaw convence a Langral y al Presidente para que envíen a Snow a rescatar a Emilie, en lugar de arriesgar su vida en un asedio. Snow se muestra inicialmente reacio a ir, pero acepta después de que Shaw le diga que Mace está en MS One y podría ayudar a Snow a demostrar su inocencia. Langral intenta inicialmente engañar a Alex para que libere a Emilie, pero Hydell no está de acuerdo y Snow se ve obligado a infiltrarse en MS One. Alex se da cuenta de que Emilie es la hija del Presidente y la asegura, pero ella escapa con su guardaespaldas Hock y se esconden en una habitación segura. Un problema con el suministro de oxígeno lleva a Hock a sacrificar su vida mediante el suicidio para evitar que se consuma el oxígeno y así conseguir más tiempo para Emilie.

Snow irrumpe en la sala de seguridad y rescata a Emilie tras administrarle los primeros auxilios para sus heridas. Snow cambia el pelo y la ropa de Emilie para ocultar su género, lo que les permite caminar por la población carcelaria sin ser notados. Encuentran a Mace, pero el éxtasis le ha provocado demencia y le ha vuelto incoherente. Snow y Emilie llevan a Mace con ellos e intentan alcanzar la cápsula de escape. Sin nadie al timón, la prisión se sale de la órbita y se estrella contra la Estación Espacial Internacional. La colisión provoca una brecha en el casco, matando a Mace. Snow lleva a Emilie a la cápsula de escape, pero descubre que sólo tiene un asiento. Al darse cuenta de que ha sido enviado allí para morir, envía a Emilie a su camino, pero ella permite que la cápsula despegue sin ella porque cree que los rehenes restantes serán asesinados. Hydell se pone en contacto con Emilie y amenaza a los rehenes a menos que ella revele su ubicación; sin embargo, después de hacerlo, los mata de todos modos.

Snow y Emilie descubren pruebas de que los prisioneros estaban siendo utilizados ilegalmente como sujetos de prueba. Alex encuentra y captura a Emilie; también dispara a Snow, dándolo por muerto. Alex se entera de que Hydell ha matado a todos los rehenes; se pone en contacto con el Presidente, amenazando con dejar que Hydell y los prisioneros violen a Emilie si no son liberados. El Presidente se niega a permitir un asedio y a arriesgar a Emilie, lo que hace que Langral le releve temporalmente del mando. Langral ordena la destrucción del MS One. Hydell intenta violar a Emilie como había prometido, pero es detenido por Alex. Hydell y Alex se pelean, lo que provoca la muerte de Alex. Hydell intenta entonces apuñalar a Emilie, pero Snow llega y lo noquea. Snow y Emilie huyen de Hydell y de los restantes prisioneros. Mientras tanto, los hombres de Langral colocan una bomba en la prisión. Snow y Emilie utilizan los trajes espaciales y saltan desde el MS Uno mientras se detona. Usando sus trajes, Snow y Emilie vuelven a entrar en la atmósfera de la Tierra y aterrizan a salvo en la ciudad de Nueva York, donde Snow es arrestado.

Más tarde, Emilie se da cuenta de que las incoherentes divagaciones de Mace eran en realidad un código que revelaba la ubicación del maletín de Frank. Examinando la habitación del motel donde Frank fue asesinado, Emilie se da cuenta de que Langral vio lo que creía que era Snow disparando a Frank en una puerta espejada que sólo mostraba una parte de lo sucedido, cuando en realidad Snow estaba disparando al verdadero asesino al mismo tiempo que Frank era disparado. Snow le da el maletín a Shaw, que lo abre pero se sorprende al encontrarlo vacío. Snow se da cuenta de que no le había dado la combinación a Shaw, y éste se revela como el topo y es arrestado. Sin embargo, cree que saldrá indemne, ya que se necesita gente como él. Snow es liberado y se le devuelven sus posesiones, entre ellas un encendedor que le regaló Frank antes de su muerte. Al examinar el mechero, Snow encuentra una tarjeta de memoria que contiene la verdadera información secreta escondida en su interior. Emilie se encuentra con Snow y se burla de él tras descubrir que su nombre de pila es Marion; ambos se alejan juntos.