Depuis sa découverte, la planète Solaris représente le plus grand mystère auquel l'humanité ait jamais été confrontée. La seule forme de vie qui s'y trouve est un océan de matière protoplasmique qui en recouvre toute la surface. Selon une théorie, cet océan serait une créature intelligente, un gigantesque cerveau à l'échelle de la planète. Malgré de nombreuses recherches, aucun contact avec cette créature n'a pu être établi. Après bien des années à explorer l'espace, les Terriens avaient enfin découvert une autre forme de vie intelligente mais aucune communication ne semble possible avec elle. La solaristique, la science qui étudie l'océan de Solaris, traverse une crise grave. La gigantesque station d'observation conçue à l'origine pour accueillir plus de quatre-vingts personnes n'héberge plus aujourd'hui qu'un contingent réduit de trois scientifiques et on envisage même de la fermer définitivement. Les choses en sont à ce point lorsqu'arrive un étrange message envoyé par le docteur Guibarian, l'un des scientifiques à bord de la station Solaris. Les autorités décident d'envoyer sur place le docteur Kris Kelvin, un psychologue célèbre pour ses recherches sur l'océan de Solaris et un ancien élève de Guibarian. Il devra découvrir ce qui se passe et également définir s'il est nécessaire de maintenir la station en activité. Kelvin est un homme très intelligent mais tourmenté, il se remet mal du suicide de sa femme Khari, il y a quelques années et dont il se sent responsable.
