Alors que les recherches autour de la planète Solaris et de son mystérieux océan - qui semble doué d'une certaine forme d'intelligence - sont au point mort, le professeur Kris Kelvin rejoint ses quelques confrères dans la station spatiale scientifique gravitant autour de l'astre aux deux soleils. En arrivant, Kris constate que les choses ne tournent pas rond à bord de la station, et que des visiteurs, venus des méandres du passé et de leurs esprits, peuplent également les lieux.