Un astronaute venant de Terre arrive sur la station orbitale autour de la planète Solaris. Il est angoissé par la mort récente de son collègue dans des circonstances obscures. Des présences mystérieuses peuplent les lieux. L'astronaute se voit alors confronté au fantôme de son épouse décédée quelques années plus tôt. Que signifient de telles apparitions ? Sont-elles réelles ou sont-elles le fruit de son imagination ? Des souvenirs ou la projection de ses désirs ?