Une force mystérieuse fait sortir la Lune de son orbite autour de la Terre et l'envoie à toute vitesse se crasher sur la planète bleue. A quelques semaines de l'impact et alors que le monde est au bord de l'anéantissement, Jo Fowler (Halle Berry), cadre de la NASA et ancienne astronaute, est convaincue qu'elle détient la clé pour nous sauver tous. Seuls un astronaute, Brian Harper (Patrick Wilson) et un théoricien du complot, K.C. Houseman (John Bradley) la croient. Ces héros improbables vont monter une mission impossible de dernière minute dans l'espace, laissant derrière eux tous ceux qu'ils aiment. Ce qu'ils découvriront sur la Lune dépasse tout entendement.