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故事的开始，诺兰迅速将我们带入一个不远的未来：地球正面临严重的环境危机，粮食几乎枯竭，人类文明走向崩溃。电影的背景色调灰暗，空气中弥漫着沉闷的氛围，仿佛世界正在缓慢地死亡。
沙尘暴频繁袭击，农田被毁坏，玉米是唯一还能够生长的农作物，但即使是玉米，也逐渐无法应对不断恶化的气候。
库珀（马修·麦康纳饰）曾是NASA的飞行员，现在退役，过着农民的生活。他和岳父唐纳德、女儿墨菲、儿子汤姆一起住在农场。
他的女儿墨菲是个非常聪明的小女孩，对科学有着浓厚的兴趣，但她坚信房间里有个“幽灵”在试图与她交流，书本会莫名其妙掉下，产生的沙尘在地板上形成奇怪的图案。
起初，库珀对墨菲的幽灵理论不以为然，认为那不过是小女孩天真的幻想。但随着一些奇怪事件的发生，他渐渐意识到，房间里的“幽灵”可能并不是超自然现象。
一次突如其来的沙尘暴袭击了库珀的农场，库珀发现沙尘在地板上形成了奇怪的二进制坐标，这些坐标指向了一个神秘的地点。
库珀决定带着墨菲前去调查坐标的来源，结果他们发现了NASA（美国国家航空航天局）的秘密基地。原来，NASA并没有像世界所认为的那样解散，他们一直在秘密寻找能够拯救人类的星球。
基地负责人布兰德教授告知库珀，地球已经不再适合人类居住，土星附近出现了虫洞，认为是外星智慧有意协助人类前往遥远星系移居。
NASA在约10年前已派遣了12名科学家穿越该虫洞，各自降落在多个被认为有居住可能性的行星上。
传送回来的资料显示，其中一个以黑洞“卡冈图雅（Gargantua）”为中心的行星系统有三颗星球可能适合殖民。行星分别以降落的科学家名字命名：米勒（Miller）、曼恩（Mann）和埃德蒙斯（Edmunds）。
库珀作为曾经最优秀的飞行员，答允布兰德教授的要求，担任航天器永恒号（