Um estranho fenômeno está causando uma diminuição na intensidade do Sol e uma força-tarefa mundial é reunida para tentar achar uma solução. Um professor escolar, ex-pesquisador, é chamado para tentar ajudar na investigação por causa de seus estudos anteriores.
A última chance da Humanidade se resume a enviar uma missão para outra estrela a 12 anos-luz de distância, para entender porque ela não está sendo afetada apesar de estar cercada de estrelas contaminadas. É uma viagem sem volta, com o único objetivo de achar uma solução e mandar para casa.
Obviamente, coisas devem dar erradas ou seria um filme sem muita emoção. E também coisas devem dar mais certo do que o esperado para manter uma esperança que tudo não foi em vão.
Do mesmo autor de The Martian, Project Hail Mary é um filme sério de ficção científica com uma boa dose de drama.