星艦「阿瓦隆號」（Avalon）搭載5000多名殖民者前往行星「家園II號」（Homestead II），這趟旅程需花費120年時間。殖民者和乘務組都睡在小艙內休眠，但飛船途經一個大型小行星帶時，護盾嚴重受損，引發故障，提前90年喚醒機械工程師吉姆·普雷斯頓（克里斯·普瑞特 飾）。
過了一年的孤獨生活，只有仿真機器人調酒師亞瑟（麥可·辛 飾）的陪伴，沮喪的吉姆曾想過自殺。某日，他在休眠艙中找到年輕貌美的奧蘿拉·朗恩（珍妮佛·勞倫斯 飾），影片資料顯示她是一位幽默的作家。歷經手動喚醒奧羅拉的道德思想鬥爭，吉姆最終喚醒了她，聲稱是休眠艙出故障導致的。奧蘿拉害怕自己星艦還沒有抵達「家園II號」便逐漸衰老死去，跟吉姆一樣竭力嘗試重新休眠未果。最終，她接受了事實，開始撰寫一本關於個人經歷的書。吉姆和奧蘿拉越走越近，成為戀人。
一年後，吉姆無意中允許亞瑟告訴奧羅拉真相。她憂心忡忡，不時辱罵、躲避、襲擊吉姆。然而不久之後，另一個休眠艙故障喚醒了甲板長古斯（勞倫斯·費許朋 飾）。三人發現星艦系統出現多個故障。古斯試著在吉姆和奧羅拉的幫助下修復，而奧羅拉仍然責備吉姆偷走她的生活，表示這無異於謀殺。但古斯的身體開始出現問題，根據自動化醫療診斷治療艙Autodoc的醫療測試結果，休眠艙受損讓古斯身患多種疾病，器官衰竭，僅剩幾個小時命。彌留之際，古斯將他的身份卡交給吉姆和奧羅拉，讓他們通行乘務組區並修補星艦。
兩人追蹤到兩年前一顆小行星直接洞穿艦體，損壞了計算機管理的反應爐。但嘗試修復電腦會導致反應爐進一步受損。吉姆明白必須打開外排氣口，聚變反應爐才能排火。奧羅拉協助吉姆，卻又擔心失去吉姆，留下自己一個人在艦內。艦內的奧羅拉和艦外的吉姆成功讓反應爐排火。然而，吉姆太空衣的保護繩鬆了，正逐漸失去氧氣。奧羅拉救回看似死亡的吉姆，用Autodoc救活他。吉姆後來發現Autodoc可以作為奧羅拉的臨時休眠艙，但這也意味著奧羅拉再也見不到吉姆。
88年後，乘客們和乘務組在抵達「家園II號」前不久甦醒。他們在星艦大堂內發現茂密的植被和一座小房子。