2077年、地球はエイリアン“スカブ”の襲撃によって壊滅的な被害を受け、生き残った人類は他の惑星へと移住。
無人となった地球では、ドローンと呼ばれる無人偵察機による監視が続けられていた。
ドローンのメンテナンスやパトロールなどの任務に当たるのは、ジャック・ハーパー（トム・クルーズ）と妻ビクトリア（アンドレア・ライズブロー）。
ジャックは監視用ドローンの修理を、ビクトリアは地球周回軌道に浮かぶ巨大な宇宙ステーション“テット”の監視官サリーとの連絡役を努めていた。

そして、あと２週間で任務が明け、いよいよ別の惑星に移住出来ると喜ぶビクトリアと反対に、最近のジャックは度々見る夢に悩んでいた。
そんなある日、未確認の宇宙船の墜落現場へと向かったジャックは、夢で見た美女ジュリア（オルガ・キュリレンコ）がカプセルの中で眠っているのを発見。初対面にも関わらず、彼女はジャックの名を口にした…。

しかし、そこに現れたドローンが次々とカプセルを破壊しクルーを虐殺。ジュリアも間一髪のところでジャックに救われる。
スカブを殺すようにプログラムされていたドローンが何故人間を殺したのか、ジャックの疑念は膨らんでいく…。
さらにジュリアとの出会いをきっかけに、自分に失われた記憶があることに気づくジャック。
しかし彼は、誰もいないはずの地球で、謎の男ビーチ（モーガン・フリーマン）に拘束されてしまう…。