Фильм начинается с того, что Райленд Грейс приходит в себя на огромном космическом корабле. Он ничего не помнит: На корабле кроме него находятся только два мёртвых члена экипажа. Постепенно становится ясно, что он — единственный выживший. Самое страшное — корабль находится за много световых лет от Земли.
По мере развития сюжета память Райленда начинает возвращаться через флешбэки. Он вспоминает, что раньше был школьным учителем и молекулярным биологом. В какой-то момент человечество столкнулось с глобальной угрозой:
неизвестный микроорганизм под названием «астрофаг» начал поглощать энергию Солнца. Из-за этого: Мировые правительства создают экстренную программу спасения — проект «Аве Мария». Выясняется, что одна звезда — Тау Кита — почему-то не заражена астрофагом. Учёные предполагают, что именно там можно найти решение. Для полёта создают межзвёздный корабль Hail Mary. Руководит миссией жёсткая и крайне прагматичная Ева Стратт. Она буквально заставляет правительства объединиться рад