En un futuro cercano en el que la Tierra está a punto de volverse inhabitable, el ex piloto de la Fuerza Aérea Rick Janssen ( Sam Worthington) es elegido para un experimento militar que creará un ser humano capaz de sobrevivir a los duros entornos de la luna de Saturno; Titán. Trasladado a una isla en el Océano Atlántico para participar en el programa secreto, Rick está acompañado por su esposa, la Dra. Abigail Janssen (Taylor Schilling) y su joven hijo Lucas. La familia Janssen, sin embargo, llega a descubrir que no todo es como lo esperaban. Que el director del programa, el profesor Martin Collingwood (Tom Wilkinson), puede estar utilizándolos para una agenda totalmente diferente y misteriosa en sus intentos de colonizar Titán y ampliar las fronteras de la experiencia humana.