In nicht allzu ferner Zukunft ist die Grenze zwischen Mensch und Maschine noch weiter verschwommen: Nicht nur physisch sind die Androiden ihren Schöpfern mittlerweile zum Verwechseln ähnlich, auch emotional. Dies lernt ein leitender Wissenschaftler (Michael Peña) auf die harte Tour: Der von ganz speziellen Albträumen geplagte Familienvater muss feststellen, dass er selbst nicht gezeugt wurde, sondern geschaffen. Er ist der erste seiner Art und kein Mensch, sondern eine des Fühlens fähige - quasi beseelte - Maschine in Menschengestalt.

Die NASA treibt mit der "Ares 3"-Mission die Erforschung des Mars voran. Die Astronauten Mark Watney, Commander Lewis, Rick Martinez, Chris Beck, Alex Vogel und Beth Johanssen sind auf dem roten Planeten gelandet, inklusive eines Fahrzeugs und eines Habitats, in dem die Forscher leben und Nahrung herstellen können. Doch ein Sandsturm droht die mitgebrachte Technik samt ihrer Einwohner hinwegzufegen, so dass Commander Lewis den Befehl zum sofortigen Aufbruch gibt. Weil ihn seine Crew für tot hält, bleibt der Botaniker Mark Watney auf dem unwirtlichen fremden Planeten zurück. Vorerst ohne Möglichkeit zur Kommunikation und mit beschädigter Ausrüstung versucht er, die wenigen ihm zur Verfügung stehenden Mittel so einfallsreich wie möglich zu nutzen. Und tatsächlich gelingt es Watney, der Erde zu signalisieren, dass er noch lebt. Die NASA unter Direktor Sanders beginnt, die Rettung des "Marsianers" zu planen. Parallel dazu startet Watneys Crew eine eigene, riskante Mission, ihn heimzuholen...