《异星觉醒》故事发生在太空探险的未来，主要围绕着太空船上一组宇航员展开。大卫（杰克·吉伦哈尔饰）、米兰达（丽贝卡·弗格森饰）、罗里（瑞安·雷诺兹饰）、秀（真田广之饰）和休（阿利安·巴克瑞饰）共同工作于同一艘太空船上。

一次偶然中，宇航员们在火星上发现了一种尚未成熟的生命体。休将这个生命体带回实验室进行研究。然而，令人出乎意料的是，这个微小的细胞在外部刺激下开始迅速生长。

随着生命体的成熟，情况开始逐渐失控。这个生命体表现出强大的攻击力和超凡的智慧，先后杀死了数名船员。更令人担忧的是，大卫发现这个生命体似乎有着险恶的计划，它想要随着太空船一同返回地球。一旦这个阴谋得逞，地球上的人类将面临巨大的威胁和不可预知的危险。