В ходе исследовательской экспедиции Ares III на Марсе начинается сильная песчаная буря, и группе астронавтов приходится досрочно стартовать с планеты и возвращаться на Землю. При эвакуации инженер Марк Уотни потерялся в буре. Руководитель миссии Мелисса Льюис, сочтя его погибшим, принимает решение улететь. Астронавт остаётся один на планете, без связи с Землёй, в модуле, рассчитанном на месяц. Он прикидывает, что ему нужно выжить в течение трех лет до миссии Ares IV и передать сигнал на Землю. Для пропитания Марк разбивает делянку и начинает выращивать картофель внутри жилого модуля.
На Земле специалисты NASA, анализируя спутниковые фотографии, предполагают, что Уотни выжил. На Марсе Уотни находит нефункционирующий зонд Pathfinder. Он восстанавливает его и использует передатчик зонда, чтобы послать сигнал на Землю. В NASA начинают работу по следующей пилотируемой миссии Ares IV, с учетом операции спасения, но подготовка может занять очень много времени. Пока, для выживания астронавта, ему решают выслать зонд с оборудованием и запасами. Излишне поспешная подготовка запуска зонда заканчивается катастрофой — взрывом на старте. Помогают китайские коллеги, запуская зонд на своём носителе. У Уотни возникают проблемы: разгерметизация шлюза приводит к тому, что погибла значительная часть урожая. Его выживание оказывается под вопросом.
Тем временем Ares III на корабле Hermes возвращаются домой, но Земля держит их в неведении по поводу того, что Марк выжил. Команда, однако, узнаёт правду, и на борту возникает конфликтная ситуация: продолжать путь на Землю или возвращаться на Марс? Игнорируя приказы руководства, команда решает на полпути вернуться и спасти товарища. Проходит семь месяцев. Уотни, узнав о возвращении Ares III, готовится к возвращению. Он выдвигается на марсоходе к месту, где заранее, для следующей миссии уже был оставлен посадочный модуль Ares IV с ограниченным запасом топлива. Максимально облегчив модуль, астронавт стартует с поверхности Марса. Ему не удаётся набрать достаточную высоту, и команде корабля Hermes приходится пойти на опасный вариант с нештатным торможением корабля на орбите. Уотни счастливо возвращается на Hermes и затем на Землю.
Дома он становится инструктором по подготовке будущих астронавтов для выживания в сложных условиях.
