Do not go gentle into that good night.Old age should burn and rave at close of day.Rage rage against the dying of the light.Though wise men at their end Know dark is right.
故事的一开始是以倒叙的形式进行，开头是电视中几个白发苍苍的老年人回忆过去，回忆那个充满沙尘的年代，盘子、杯子都要倒扣，防止沙尘进入。
时间线接下来就回到了那个时代。
主人公库珀驾驶的飞船突然失灵，即将往下坠落。在这危机时刻库珀惊醒，原来这只是一场梦。这时，女儿墨菲也来到床边，拿着摔坏的东西告诉他幽灵的事情，库珀对此并没放在心上。
库珀原来是一个工程师，也是宇航员，但现在粮食短缺，国家不需要工程师和宇航员，他就成为了一个农民。很多农作物都患上了枯萎病，库珀家的玉米幸免于难。库珀家里有一儿一女，儿子汤姆，女儿墨菲，还有他的岳父，妻子因为医疗设备短缺而没有及时发现病症早已去世。
一家人吃早餐的时候，岳父告诉库珀墨菲的老师要他去学校一趟。于是他就开车送儿子和女儿上学。途中车子爆胎，他们停下来补胎。这时候，库珀看到了一架早被抛弃的无人机，他兴奋地开车越过大片玉米地，去追逐。最后，无人机降落了，库珀取下无人机的电池准备用在农场里。。
来到学校，库珀得知自己儿子不能上大学，这让他十分生气，学校的老师告诉他，现在正是需要农民，因为大家都需要粮食。而女儿因为和同学争论美国登月是不是真的和同学打架，老师想让女儿停几天课。这也让他感到难受，他知道女儿是对的，虽然教科书已经更改，使得很多人都不相信曾经登月的事情。
库珀决定带女儿去看她最喜欢的球赛。在看球赛的时候，沙尘暴来了，大家急忙逃跑。回到家，女儿和他发现了奇怪的事情，地面上的沙子形成了摩斯电码，解开后是一个坐标，他把这个归咎于引力。
他决定去亲自看一看这个坐标的实际地点，女儿也想去。虽然库珀不让，但女儿还是跟着去了。
他们找到了那个地方，一开始还被抓了起来。后来误会解除，原来是NASA的新地方，在这里他还遇到了熟悉的面孔，布兰德教授。
地球环境恶化，这群科学家决定派人去寻找新的可居住星球。他们早在十年前就派出了十二个以曼恩为首的科学家，他们传来了可居住星球的数据，现在需要有人去探查。库珀同意了他们的计划。
得知库珀要离开，不知道什么时候能够回来，女儿十分难过，在幽灵留下来的提示中也显示留下，可库珀还是选择离开，如果不离开，女儿她们就可能是最后一代了，他也是想解救自己的家人。布兰德教授的女儿艾米莉亚也去了，布兰德教授则留在地球继续研究。
上了飞船之后，离开地球，对接到太空中的空间站。空间站带着他们一起航行。
开始时，库珀和家人还传视频，因为距离太远，无法即时通讯。地球上的儿子和女儿都在长大，而他在飞船上，因为速度较快，倒是没有变老。
在穿越虫洞的时候，他们还遇到了第五维的人，艾米莉亚还伸出手触碰了。
穿越虫洞之后，他们有三个选择。他们决定先去最近的一个，星球上传来的数据也不错。
到了之后才发现这里的时候过得很慢，一个小时等于地球上的七年，而且到处都是水，最糟糕的是，因为巨大的外部引力，隔一段时间就有巨大的潮水涌过来，第一批来到这里的宇航员因此而丧生。艾米莉亚想要去拿回数据，但潮水已经涌来，库珀让机器人救她。但他们的同伴却被大水冲走了。
劫后余生的他们再次回到空间站，这时只剩下了三个人。他们投票表决去哪个星球，艾米莉亚和库珀的意见不同，库珀觉得艾米莉亚过于感性，因为她选择的星球是她男朋友所在的，明明他选择的星球数据显示更适宜人类居住。最终库珀胜利了。
三人来到那个星球，星球上十分寒冷，到处都是白茫茫的。他们发现了休眠的科学家曼恩，并把他唤醒。这时候，库珀的女儿墨菲出现在视频中，告知了布兰德教授的死讯，库珀这时才知道他们并没有办法解救地球上的人类，于是决定回到地球。情况突变，原来曼恩的数据是造假的，这里并不适合人类居住，他不想让库珀回到地球，想让他死在这里，他自己去第三个星球。
库珀被曼恩破坏了面罩，在冰天雪地里呼吸困难。好在库珀捡起了被曼恩扔在一旁的通讯器，艾米莉亚过来救了他。另一位科学家在研究坏掉的那个机器人，但那个机器人是被曼恩故意弄坏的，还设置了一旦打开就会自爆的程序，不幸遇难。
曼恩开着飞船离开，两人也追了上去。曼恩想要对接空间站，他没有权限，选择了手动对接，没有对接完全，造成了爆炸。同时，空间站也受到了爆炸的影响，逐渐下落。
在紧急关头，库珀让机器人实行对接，让空间站免于坠毁的命运。因为剩下的能源不足，库珀选择让艾米莉亚一个人去第三个星球，带着机器人凯斯。他带着机器人塔斯充当推力，送艾米莉亚去那个星球。
在库珀以为自己要死的时候，五维空间的人救了他。他在五维空间看见了过去的女儿，想要阻止当时的自己，最终发现是徒劳。
他发现五维空间的人选择的不是他，而是他的女儿。出现在他眼前的是多个时间段的女儿。
最后，他用摩斯电码传送答案给女儿，女儿也发现这一点，从而破解了谜题。
这一切做完之后，五维空间就消失了。在消失之前，他还触碰到了之前的艾米莉亚。
再一次醒来，库珀发现自己躺在了医院里。原来这是一个新的空间站。女儿破解了难题，所以人类能够大量在空间站生活。后来他还见到了自己白发苍苍的女儿。女儿不愿意让库珀见到她的死亡，就让库珀去艾米莉亚所在的星球。
艾米莉亚在星球上开垦，她拿开了头盔，呼吸着崭新的空气，人类终于找到了新的星球。
这部电影用科学掺杂以幻想，为我们描绘了一个奇幻的场景。库珀与女儿之间的亲情，他们同样都是倔强的人，库珀为了救女儿坚持踏上宇宙航行的不归路，女儿因为父亲的离去而生气好几年不与父亲联系。库珀与儿子的亲情，儿子因为父亲的话，坚持在农场守了一辈子，即使妻子和儿子都患上了肺病也不愿意离开，最后还是墨菲来才把他们带走。艾米莉亚和布兰德教授，布兰德教授知道自己的公式没办法破解，但还是选择让女儿离开地球，去新的星球创造希望，而艾米莉亚不知道真相，而踏入了不知道藏着多少危险的旅程。