Ein dag naturfaglæraren Ryland Grace (Ryan Gosling) vaknar, er han på eit romskip lysår heimefrå, utan minne om kven han er eller korleis han kom dit. Etter kvart som hukommelsen vender attende, byrjar han å avdekkje oppdraget sitt: å løyse gåta rundt det mystiske stoffet som får sola til å døy ut. Han må bruke den vitskapelege kunnskapen og dei uortodokse idéane sine for å redde alt liv på jorda frå utrydding… men eit uventa vennskap gjer at han kanskje ikkje må gjere det åleine. Project Hail Mary er basert på Andy Wier sin roman med same namn.