2077. Jack Harper (Tom Cruise) é o responsável pela manutenção de equipamentos de segurança em um planeta Terra irreconhecível, visto que a superfície foi destruída devido a confrontos com uma raça alienígena. O que restou da humanidade vive hoje em uma colônia lunar enquanto parte dos alienígenas vivem na terra tentando impedir o trabalho dos equipamentos que encontram-se na terra coletando água.
Jack tem sonhos com pessoas que ele não conhece, mas percebe que são próximas. Ele acha que teve suas memórias apagadas pelos sobreviventes para não ter que lembrar dos horrores da guerra e não entende o porque de tais lembranças
Um dia ele percebe que os tais alienígenas estavam mandando um sinal para o espaço, bloqueia o mesmo mas percebe que o tal sinal trouxe algo para a terra. Ao ir de encontro a este sinal, ele encontra uma espaçonave que traz uma mulher dentro. Ao conhecê-la, tudo o que Jack sabe até então é posto em dúvida, pois a mulher faz parte dos seus sonhos.
Tentando buscar respostas, ele descobre que os tais aliens são na verdade seres humanos que tentam combater os verdadeiros aliens (que Jack acredita ser os sobreviventes). Depois de receber uma dica do líder dos humanos na terra, Jack descobre que é um clone responsável pela segurança dos equipamentos de parte do território da Terra (a contaminação ao qual ele acreditava que a Terra viva era uma maneira dos clones não se encontrarem, pois não ultrapassavam os limites informados pela colônia).
O líder ajudou Jack pois acreditava que ele poderia ser o único a ajudar (com acesso a colônia) a destruir os alienígenas (cujo líder era uma inteligência artificial que vivia na colonia). O plano consistia em programar um dos droides para ir a colônia e explodir uma quantidade de baterias que continham plutônio. O plano da errado, mas no fim, ele resolve se sacrificar indo para a colonia e explodindo tudo. No caminho para a colonia ele vai lembrando do que ocorreu. Ele na verdade fazia parte de uma equipe enviada pela Nasa para analisar a tal colonia. A tal inteligência artificial tenta capturar toda a equipe da Nasa (que parte estava sendo mantida dormindo), mas Jack salva parte da equipe, com exceção de uma parceira que era sua co-pilota (e que aparece o filme todos como uma parceira na manutenção de equipamentos de segurança). A garota ao qual ele sempre se recordava em sonhos era parte da equipe da Nasa e sua mulher.Ela pede a Jack para acompanha-la da destruição da colônia, mas quem o faz é o líder dos humanos na Terra. Ela sobrevive e no fim, volta a viver com outro Jack (até porque o planeta Terra é povoado por centenas deles).
