载人火星探险任务即将结束，探险队剩最后一天就要返回。但其中一人却心有不甘，决定留下来，寻找能证明火星生命存在的证物。重大发现出现在眼前，但悲剧也随之发生了，地表塌陷，他掉入了不明深渊。科学家们留下来，拯救他们的同事。然而，又有人消失了，难道他们发现的火星生命真的存在？
2040年代，火星研究基地坦塔罗斯基地前哨站建立。这支八人小组已经在那里驻扎了六个月，距离完成研究任务只有十九个小时了。极光号航天器从地球出发，将通过着陆器接载该团队。
火星科学家马尔科·彼得罗维奇发现了表明火星上存在生命的样本。在没有透露他的发现的情况下，他为地表的最后一次 EVA 设计了一个诡计。船员理查德·哈灵顿（Richard Harrington）驾驶太阳能漫游车驾驶彼得罗维奇前往他发现样本的地点。在获得含有生物制剂的土壤后，彼得罗维奇掉进了一个突然打开的天坑。
船长查尔斯·布鲁内尔和船员劳伦·达尔比计划探索坑以取回彼得罗维奇的尸体。多尔比仍然留在维修站，但在球队带着装备返回之前就消失了。布鲁内尔授权文森特·坎贝尔探索该坑。他发现裂缝中存在细菌。多尔比和彼得罗维奇重新出现在主要前哨站，但接触这种生物体使他们变成了快速、有攻击性、聪明的僵尸——就像皮肤变黑、没有任何原始性格痕迹的生物。哈灵顿死于其中一只僵尸的电钻攻击，后来又复活了。布鲁内尔和坎贝尔返回时，剩下的船员阻止了僵尸。布鲁内尔也受了致命伤并复活，这让船员们对症状有了新的了解：口渴、记忆丧失和攻击性。研究还发现抗生素可以延缓感染。
经过几次战斗并通过栖息地模块逃离僵尸后，任务心理学家罗伯特·欧文通过将科学家金·奥尔德里奇和其中一只僵尸困在水培实验室中来拯救自己。丽贝卡·莱恩（Rebecca Lane）在疯狂逃向火星车时腿部也被刺伤。由于火星车电量低，幸存者——坎贝尔、欧文和莱恩——决定必须到达另一辆仍在裂缝处的火星车。欧文以侦察行动为借口偷走了第二辆漫游车，但未能说服坎贝尔放弃莱恩，他声称莱恩已被感染。与此同时，欧文隐瞒了他自己可能感染的证据。
当坎贝尔和莱恩等待太阳升起和太阳能电池充电时，他们讨论了僵尸的本质。莱恩质疑人类意识是否仍被困在其中。坎贝尔试图安慰她并睡着了。当坎贝尔独自醒来时，他意识到莱恩已经逃进了沙漠，于是他追赶她。莱恩知道她可能会转变，但未能阻止坎贝尔追随她。无奈之下，她摘下头盔自杀。她死后，莱恩复活并恳求坎贝尔消灭她。坎贝尔不情愿地答应了。
坎贝尔和欧文分别在极光号上汇合着陆器上，复活的奥尔德里奇杀死了着陆器的船员。彼得罗维奇和其他僵尸显得干燥且毫无生气。受感染的欧文发起发射，将他和坎贝尔带入轨道。坎贝尔杀死了欧文，并将尸体和有毒的血滴喷射到太空的真空中。坎贝尔在发给任务控制中心的信息中表示，他没有足够的燃料来进行会合，但如果他们想展开救援，船上的补给可以持续数月。他告诉他们，这可能是不可取的，因为他可能会被感染，因为他的脸上沾染了欧文受感染的一滴血；如果是这样，他就有足够的燃料重返大气层并快速死亡。坎贝尔得出结论，需要 15 分钟才能收到传输信息，并将等待他们的答复。随后他结束了通讯，仍然独自漂浮在太空中。