Психолог Крис Кельвин отправляется на космическую станцию, находящуюся на орбите загадочной планеты Солярис, чтобы разобраться в странных событиях, происходящих с её экипажем. На станции он обнаруживает, что большинство членов команды погибли или покончили с собой, а оставшиеся учёные ведут себя крайне неадекватно.

Вскоре Кельвин сталкивается с явлением, когда к нему начинает приходить его покойная жена Рея. Сначала он не верит в происходящее и пытается избавиться от неё, но вскоре осознаёт, что это проявление живого океана Соляриса, который материализует воспоминания людей. Кельвин привязывается к своей "госте", что приводит к внутренним конфликтам и страданиям.

По мере развития сюжета Рея начинает осознавать свою природу и стремится покончить с собой, понимая, что её существование причиняет страдания Кельвину. В конечном итоге она жертвует собой по собственной воле. После этого Кельвин остаётся на станции, которая начинает разрушаться из-за увеличения массы океана. В финале он оказывается дома, но вскоре понимает, что это не Земля, а один из островов Соляриса.

Фильм является экранизацией одноименного романа Виктора Гюго и рассказывает историю Гуинплена, человека, прозванного так из-за шрамов на лице. Действие разворачивается вокруг изуродованного мальчика Гуинплена и слепой девочки Деи, которых приютил бродячий актер, путешествующий по городам в сопровождении волка. Гуинплен был изуродован компрачикосами еще в детстве. Повзрослев, Гуинплен и Дея влюбляются друг в друга. У Гуинплена появляется шанс стать пэром Англии, но он предпочитает остаться с Деей. В конце концов, Дея умирает, а Гуинплен кончает жизнь самоубийством.