Le savant russe Kelvin est envoyé en mission sur la planète orbitale de Solaris, une planète mystérieuse entièrement recouverte par un océan. A son arrivée, le désordre règne dans le laboratoire spatial. Kelvin découvre que son ami le physicien Gibarian s'est suicidé, et que les deux autres savants sont dans un état nerveux inquiétant.