Nesta ficção científica ambientada no ano de 2050, a Terra está à beira de um desastre ecológico e Marte surge como a única esperança da humanidade. Um projeto é criado para tornar o planeta vizinho habitável. Usando naves sem tripulação e robôs, os cientistas tentam plantar algas e legumes no planeta vermelho, afim de produzir oxigênio, vital para a sobrevivência humana e cada vez mais escasso por aqui. Quando a experiência apresenta uma série de falhas, é formada a primeira missão tripulada a Marte. O grupo, liderado pela comandante Kate Bowman (Carrie-Anne Moss), é completado pelo astronauta Robby Gallagher (Val Kilmer) e pelos cientistas Quinn Burchenal (Tom Sizemore) e Bud Chantillas (Terence Stamp). Mas a missão é marcada por uma série de imprevistos e perigos. Um acidente durante a aterrissagem danifica a nave e o sistema de comunicação, isolando Bowman e sua tripulação. Enquanto eles tentam encontrar uma maneira de voltar para casa, um robô descontrolado, que havia sido programado para servir e protege-los, começa a caçá-los. Rodado originalmente como Mars, o filme teve seu título trocado pelos produtores. Motivo: eles temiam confundir o público com outro filme produzido no mesmo ano, Mission To Mars, de Brian De Palma, batizado aqui de Missão: Marte.