Moon está ambientada en un futuro no muy lejano, y nos presenta a un astronauta (Sam Rockwell) que se encuentra aislado en la luna durante un periodo de 3 años en una excavación minera. Su contrato está a punto de finalizar, pero algo empieza a ir mal y descubrirá un terrible secreto que le concierne. Sam Bell (Sam Rockwell), es un minero enviado durante tres años a la base Selene en la Luna con la misión de extraer recursos para intentar paliar la crisis que está sufriendo la Tierra con sus suministros energéticos. Su única compañía será la AI (Inteligencia Artificial), el ordenador que controla la base (voz de Kevin Spacey). El film se centra en las dos semanas antes de que abandonde la base para volver a casa, momento en el que Sam comienza a ver, oír y a sentir cosas extrañas. Además, durante un accidente en una rutinaria extracción de gas descubre que Lunar, la compañía que le ha contratado, tiene sus propios planes para reemplazarlo y que el nuevo sustituto es inquietantemente familiar.