Sur la planète Solaris bouillone un mystérieux océan, immense inconscient collectif où les pensées, les souvenirs et les rêveries des hommes prennent corps pour venir les hanter. Kelvin, un psychologue, est envoyé dans la station orbitale dont l'équipage étudie la vie de Solaris. Quand il arrive dans la station, il découvre que son ami, le physicien Guibarian, s'est suicidé et que les deux autres savants sont dans un état nerveux inquiétant. Au détour des couloirs on entrevoit des personnages dont la présence dans la station est inexplicable.