En isoleret månens astronaut begynder at miste sit greb om virkeligheden i denne cerebral sci-fi-thriller med en pokkers af et twist.
Sam Bell (Sam Rockwell) er blot to uger væk fra efterbehandling en langvarig , ensomme kontrakt minedrift Jordens primære energikilde, Helium-3, på den mørke side af månen. Takket være en fejl i kommunikationssatellit, Sams eneste følgesvend på denne tur er Gerty (stemme af Kevin Spacey), basens usofistikeret computer, og den ulige optaget meddelelse sent hjemmefra. Som hans kontrakt nærmer opsigelse, Sam starter lider lammende hovedpine og livagtige hallucinationer, som fører til en næsten fatal ulykke i en måne rover. Men mens han inddrive tilbage på basen, gør han en chokerende opdagelse: en yngre udgave af sig selv er kommet til at opfylde samme kontrakt Sam startede al den tid siden. Er den anden Sam bare en anden hallucination eller noget helt mere dyster?
