Действие романа происходит в далеком будущем, когда люди освоили межгалактические путешествия. Они обнаруживают в космосе загадочную планету Солярис, которая движется по сложной орбите вокруг двух солнц вопреки законам небесной механики. Планета полностью покрыта океаном из странного желеобразного вещества, на поверхности которого возникают фантастические фигуры – мимоиды. Ученые пришли к выводу, что океан – единое живое и разумное существо. Чтобы установить с ним контакт, была создана орбитальная исследовательская станция «Солярис».
Проходит несколько десятилетий с момента создания станции. Все попытки начать общение с океаном проваливаются. Интерес к планете снижается, и на станции остается всего три специалиста. Тогда принимается решение отправить на Солярис психолога – возможно, его знания помогут установить контакт с внеземным разумом. Так на станции появляется новый член экипажа – главный герой Крис Кельвин.