En 2057, el Sol se está muriendo y la Tierra se está congelando. Ocho astronautas internacionales pilotan una colosal bomba estelar a bordo de la nave espacial Icarus II, con la intención de poner en marcha el Sol y luego regresar a la Tierra. Al pasar por Mercurio, la Icarus II capta la baliza de socorro de la Icarus I, la primera nave que intentó una misión similar y que desapareció siete años antes. La proximidad de la nave a Mercurio impidió que sus señales llegaran a la Tierra, pero permitió a la Icarus II interceptarla. Razonando que dos cargas útiles tienen más posibilidades de éxito que una, el físico de la nave, Capa, recomienda a Kaneda, el capitán, que cambien el rumbo y comanden la Icarus I. Mace, el ingeniero de la nave, se opone a la desviación por considerarla arriesgada. El navegante Trey calcula y pone en marcha una trayectoria para interceptar a la Icarus I, pero se olvida de realinear los escudos que protegen a la nave del sol, causando daños en cuatro paneles de los escudos que, de no ser reparados, podrían destruir toda la nave y matar a la tripulación.

Kaneda y Capa se embarcan en una caminata espacial para hacer las reparaciones, ayudados por la piloto, Cassie, que orienta la parte dañada del escudo lejos del Sol. Como era de esperar, esto provoca la pérdida de dos torres de comunicaciones que sobresalen; sin embargo, la luz reflejada también destruye el jardín de oxígeno de la nave y las reservas de oxígeno, para horror del botánico Corazón. Mientras el piloto automático de la Icarus II devuelve el escudo a su alineación original, Kaneda ordena a Capa que se retire a un lugar seguro mientras repara él mismo el último panel, y muere quemado momentos después. Trey es incapaz de asimilar la pérdida de Kaneda, y el psiquiatra de la nave, Searle, lo evalúa como un riesgo de suicidio y lo seda, poniéndolo en estado catatónico.

Sin suficiente oxígeno para alcanzar el punto de liberación de su carga explosiva, el Icarus II no tiene más remedio que acoplarse al Icarus I. Capa, Searle, Mace y el oficial de comunicaciones Harvey, ahora capitán en funciones, registran la nave, dejando a Cassie y a Corazón a bordo del Icarus II con Trey. Descubren que, a pesar de que los sistemas de la nave están en su mayoría operativos, incluyendo un exuberante jardín de oxígeno, el ordenador central ha sido saboteado, haciendo imposible la entrega de la carga útil. El cuaderno de bitácora de la nave contiene un mensaje incoherente de Pinbacker, su capitán, que ha abandonado su misión y tiene graves quemaduras en la cara. Mace deduce que la transmisión se realizó hace seis años y medio, más o menos cuando la tripulación debería haber entregado su carga útil. La tripulación de la Icarus I se encuentra en la sala de observación solar, quemada hasta la muerte por la exposición sin filtro al Sol.

De repente, las dos naves se desacoplan explosivamente, destruyendo la esclusa exterior de la Icarus I y dejando varados a los cuatro tripulantes. Con sólo un traje espacial disponible, Capa se lo pone por ser el único miembro de la tripulación capaz de manejar la carga útil, mientras que el resto se envuelve en material aislante recuperado de las paredes de la nave y se lanza entre las esclusas, utilizando la liberación del vacío para la propulsión. Searle se da cuenta de que uno de ellos debe quedarse para operar manualmente la esclusa y se ofrece como voluntario. Searle libera la esclusa, disparando a Capa, Harvey y Mace al espacio abierto. Harvey pierde la esclusa, se congela y muere asfixiado, mientras que Capa y Mace consiguen volver a la Icarus II. Searle, que se ha pasado toda la misión obsesionado con mirar al sol blindado, se expone voluntariamente a toda su fuerza mortal en la sala de observación, matándose en el proceso.

Corazón calcula que sólo queda oxígeno suficiente para que cuatro de los cinco supervivientes lleguen al Sol. El grupo decide a regañadientes que Mace mate a Trey, pero descubre que éste ya se ha suicidado. Con el resto de la tripulación algo aliviada de que ahora al menos harán el viaje al Sol, Capa es informado por Icarus de que todavía no hay suficiente oxígeno para completar la misión porque una quinta persona desconocida está a bordo de la nave. Capa investiga y descubre a un Pinbacker demente y desfigurado, que se revela que ha estado detrás del desacoplamiento de las esclusas. Pinbacker ataca, hiere y persigue a Capa hasta la esclusa, que la cierra por su lado. Pinbacker cierra su lado de la esclusa para atrapar a Capa, luego mata a Corazón y saca los cuatro mainframes de sus baños de refrigerante, apagando la computadora de la nave, antes de ir tras Cassie.

Mace baja manualmente dos de los ordenadores al refrigerante helado, pero cuando su pierna se engancha en el tercer ordenador central que desciende, queda atrapado y el sistema informático queda inutilizado. Mientras muere congelado, le ruega a Capa que complete la misión. Capa vuela la esclusa y separa la bomba de la nave, que es quemada por el sol. A continuación, entra en la bomba, donde encuentra a Cassie, pero son emboscados por Pinbacker, quien afirma que ha pasado los últimos siete años "conversando" con Dios (el sol) y que le han dicho que envíe a toda la humanidad al cielo. Mientras se precipitan hacia el Sol, Capa escapa de Pinbacker arrancando la piel de uno de sus brazos. Cassie anima a Capa a encender la bomba y éste consigue llegar a los controles. Inseguro de si funcionará en estas condiciones extremas, observa cómo la bomba comienza a encenderse en el borde del Sol, matando a Cassie y a Pinbacker. Mientras el tiempo y el espacio se distorsionan, Capa aprovecha sus últimos momentos para alcanzar felizmente la superficie del Sol. En la Tierra, en el helado puerto de Sydney, la hermana de Capa y sus hijos escuchan la última transmisión de Capa y son testigos de cómo la luz del Sol comienza a brillar de nuevo.