En 2035, l'équipage de la mission de la NASA Ares III est à l’œuvre sur le sol de Mars lorsque survient une tempête d'une intensité particulièrement élevée. La fusée qu'ils doivent utiliser pour repartir risque d'être déséquilibrée par le vent et détruite. L'équipage doit absolument quitter Mars avant que l'inclinaison de la fusée ne dépasse un seuil critique et ne les empêche de décoller. Alors que les astronautes se replient vers la fusée, l'un d'entre eux, Mark Watney, est frappé par une antenne. Il est happé par le vent et disparaît. Ses collègues le laissent pour mort, après quelques recherches de la commandante Lewis. Placés sous la menace de la destruction de leur fusée, ils décident de décoller sans lui.
De nos jours
En septembre 1996, Brock Lovett est le coordinateur d'une équipe qui fouille méticuleusement l'épave du Titanic, paquebot géant réputé insubmersible qui connut pourtant un destin tragique. Lors d'une plongée en sous-marin miniature, il espère mettre enfin la main sur le Cœur de l'Océan, un bijou unique à la valeur inestimable, porté par Louis XVI, dont la découverte lui apporterait la gloire (ce bijou est inspiré du diamant bleu de la Couronne). Mais il remonte des profondeurs un coffre-fort qui se révèle ne contenir qu'un dessin représentant une jeune fille nue portant le bijou en pendentif.
Dans les années 1920, les parents de Katherine Coleman apprennent que leur fille possède un don pour les sciences, qu'elle doit parfaire en fréquentant une école pour Noirs (les Blancs étant dans des écoles séparées) car elle est dotée d'aptitudes intellectuelles supérieures. En 1962, devenue mathématicienne, Katherine Coleman (désormais Goble) travaille au sein d'un groupe de calculatrices humaines, sur le campus ouest du Centre de recherche Langley à Hampton, en Virginie, aux États-Unis, avec deux amies et collègues : l'aspirante ingénieure Mary Jackson et la superviseure d'équipe Dorothy Vaughan. À la suite du lancement réussi de Spoutnik 1, Al Harrison, directeur du Space Task Group, exige encore plus d'efforts de la part des employés sous sa supervision, de crainte que les Soviétiques ne mettent en orbite une bombe H pouvant exploser au-dessus du sol américain. Goble est envoyée dans son groupe pour vérifier les calculs, devenant la première Afro-Américaine à participer à ce groupe de recherche. Au début, elle est ignorée de ses collègues blancs et doit travailler à partir de données partiellement masquées (Goble n'ayant pas le niveau d'habilitation nécessaire) sous les ordres de Paul Stafford, un homme croyant en sa supériorité intellectuelle et refusant de reconnaître le travail de Katherine.
Un engin extraterrestre de forme discoïde fait sensation en atterrissant en plein centre de Washington. Il est immédiatement entouré d'un cordon militaire et d'une foule de badauds. Le pilote, Klaatu, sort et annonce qu'il vient en paix. Mais un soldat perd son sang-froid, tire et le blesse au bras. Apparaît alors le robot humanoïde Gort, qui émet un rayon désintégrateur annihilant les armes déployées tout autour.
Le film raconte l'histoire d'Apollo 13, la septième mission spatiale habitée américaine vers la Lune du programme Apollo, qui comprend pour équipage l'astronaute James Lovell (le plus expérimenté de la NASA), Fred Haise et Jack Swigert.
Ted Striker, un ancien pilote de chasse pendant la guerre devenu un vétéran traumatisé, est chauffeur de taxi. Ayant perdu son escadrille dans un raid désastreux pendant la guerre, il se sent depuis coupable. Du fait de sa peur pathologique de piloter de nouveau et de son « problème de boisson » (il est incapable de boire un verre sans se le renverser sur le visage), Ted n'arrive pas à occuper d'emploi stable. Sa petite amie pendant la guerre, Elaine Dickinson, désormais hôtesse de l'air, décide de le quitter avant d'aller prendre son service sur le vol Los Angeles-Chicago.
En juin 2013, les Granite Mountain Hotshots, une unité de pompiers d’élite, doivent combattre un important et gigantesque incendie qui menace les environs de la petite localité de Yarnell, en Arizona.
Le matin du 11 septembre 2001, des passagers embarquent à bord du vol 93 United Airlines à l'aéroport international de Newark-Liberty, dont Tom Burnett, Todd Beamer, Jeremy Glick, Mark Bingham, Lauren Grandcolas, Donald Greene, Nicole Miller, Deora Bodley, and Honor Elizabeth Wainio. Quatre terroristes d'al-Qaïda (Ziad Jarrah, Saeed al-Ghamdi, Ahmed al-Nami, et Ahmed al-Haznawi) montent également à bord de cet avion.
Un Fairchild C-82 Packet quitte un complexe de prospection pétrolière situé au cœur du désert libyen. À bord de cet appareil se trouvent, outre le pilote, Frank Towns, et son navigateur, Lew Moran, dix passagers dont deux militaires, ainsi que du fret. Peu après le décollage, Frank se rend compte que la radio de bord est en panne. Les dernières données qu'il a en sa possession étant rassurantes, il décide de continuer son chemin quand survient une terrible tempête de sable.
Kimberley Wells, une journaliste américaine de télévision, tourne un documentaire à la centrale nucléaire de « Ventana » à Los Angeles. Lors de la visite, elle, son cadreur et son preneur de son sont les témoins d'un incident nucléaire (emballement du réacteur nucléaire à cause d'un problème de turbine, ce qui occasionne un Scram) alors qu'il observent la salle des opérations de la centrale, voyant le personnel tenter de venir à bout du problème.
Howard Payne, terroriste psychopathe, policier à la retraite, prend en otage un ascenseur dans un immeuble d'affaires à Los Angeles et réclame une rançon en menaçant de le faire sauter. Son projet échouant à cause de deux officiers du SWAT, Jack Traven et son partenaire Harry Temple, il décide alors de se faire exploser avec le C4 qu'il a placé sur son torse et se faire passer pour mort. Pour se venger, Payne pose une bombe dans un bus, qui risque d'exploser si la vitesse passe en dessous de 50 miles/h (soit 80 km/h) ou si quelqu'un essaie de descendre. Jack Traven réussit à monter dans le bus. Commence alors un véritable casse-tête pour l'officier du SWAT, qui doit trouver par tous les moyens comment désamorcer la bombe accrochée à l'essieu du bus.
Dans les premières années du XXIe siècle, une troisième guerre mondiale a eu lieu. Ceux qui ont survécu ne survivraient pas à une quatrième guerre mondiale.
Terry O'Neil (Charles Ray) is the youngest of a group of Irish-American firefighting brothers. He courts Helen Corwin (May McAvoy), the daughter of a politician whose crooked building contracts resulted in devastating blazes.