美国国家航空航天局的战神三号（Ares 3）载人登陆火星任务原定全长31火星日，携带足够6人居住的物资，但在第18火星日（Sol 18）遇上时速175公里的沙尘暴而被迫中断任务，登上火星接驳小艇（MAV）离开。但在撤离时，宇航员兼植物学家马克·瓦特尼不幸被天线打中失去踪影。任务指挥官玛丽莎·路易斯因上升载具过于倾斜而放弃搜索瓦特尼，下令太空舱发射升空，而瓦特尼也因生命仪故障而被认定已经死亡。在组员离开后，瓦特尼被宇航服的警报声吵醒，并发现自己被遗留在火星。
瓦特尼醒来后随即发现宇航服被天线刺穿，幸好天线和流出的血把破洞封上。瓦特尼立即冲回居住舱（Habitat Module）处理伤口。并开始点算物资，发现剩下的物资只能支持他一个人过309火星日，而下一次任务组员到火星需要4年时间。瓦特尼便立刻寻找其他物资并发现一个原定感恩节打开的箱子内塞满了马铃薯。所幸瓦特尼是一名植物学家，瓦特尼决定用火星的土壤在居住舱种植马铃薯来延伸任务时长。瓦特尼使用登陆艇留下的下降段用剩的联氨来制造水（N2H4+ O2 → 2H2O + N2↑）来灌溉，并使用自己和其他组员的排遗物作肥料，成功种出马铃薯幼苗.在第54火星日...
