Während ein gewaltiger Sandsturm die Notevakuierung der NASA-Basisstation auf dem Mars erfordert, wird der Botaniker Mark Watney (Matt Damon) fortgerissen und man glaubt, er sei ums Leben gekommen. Da der immer stärker werdende Sturm die Landefähre zu zerstören droht, gibt Commander Lewis (Jessica Chastain) schweren Herzens den Befehl, die Suche nach Watney abzubrechen und mit den verbliebenen vier Crewmitglieder zu starten, bevor es zu spät ist.
Aber Watney hat überlebt und versucht nun - vollkommen auf sich allein gestellt - auf dem unwirtlichen Planeten zu überleben. Mit seinem Einfallsreichtum, Überlebenswillen und dem Wenigen, das er hat, findet er einen Weg, der Erde zu signalisieren, dass er noch am Leben ist. Millionen Meilen entfernt arbeiten die NASA und ein Team von internationalen Wissenschaftlern unermüdlich daran, den "Marsianer" heim zu holen; gleichzeitig planen seine Crewmitglieder eine waghalsige, wenn nicht gar aussichtslose Rettungsmission. Während dieses Vorhaben allen Beteiligten unglaublichen Mut abverlangt, rückt die Welt zusammen, um Watneys Rückkehr sicher zu stellen.