嵐の中、船外に出たルイスらだったが、風速に耐えきれずに壊れたアンテナがワトニーを直撃して吹き飛ばす。
宇宙服の破損と減圧警報が確認され、航空宇宙医師兼生物学者のクリス・ベック（セバスチャン・スタン）は、生存は1分が限度だとルイスらに伝える。
MAVの傾斜が増したことをマルティネスから知らされたルイスは、離陸が困難になることを恐れて、戻って離陸準備をするようクルーに伝えて、ワトニーを捜す。
傾斜限度に達した場合は自分を置いて離陸するようマルティネスに命じたルイスは、近距離レーダーでワトニーを捜すよう指示する。
軌道上での母船探索用だとマルティネスから言われたルイスだったが、試すようにと伝える。
反応がないことをマルティネスから知らされたルイスは、MAVが倒れそうだとも言われて、仕方なく船内に戻る。
裏技の噴射を使って傾斜角度を維持したマルティネスは、ルイスの指示でMAVを離陸させる。
NASA長官のテディ・サンダース（ジェフ・ダニエルズ）は、嵐の影響によるアレス3の任務中止と地球への帰還、そして、事故によるマーク・ワトニーの死亡を発表する。
奇跡的に助かり、酸素レベル低下の警報で目覚めたワトニーは、腹部にアンテナのワイヤーの先が突き刺さっていることに気づく。
歩いて住居施設”ハブ”に戻ったワトニーは、気圧を安定させてヘルメットを脱ぎ、腹部に刺さったアンテナを抜く。
宇宙服を脱ぎ傷口から残骸を取り出したワトニーは、応急処置をして、生き残れなかった場合のために映像と共に日誌を残そうとする。
今日がソル19だと語るワトニーは、クルーや地球の人々は自分が死んだと思い、NASAとの通信はできず、生存を知らせることができても有人機が来るのは4年後だと話す。
ハブは31日の滞在用で、酸素供給器か水の再生器が壊れたら自分は死に、施設に穴が開けば内部に向かって破裂するが、どちらにしても食料が尽きると語り、ワトニーは記録を止める。
ただその場にいるだけしかないワトニーは、各クルーの荷物をまとめて収納し、このままでは死なないと心に決める。
● ソル21
食料の管理をしたワトニーは、現時点で一人なら1年分の食料があり、残り3年の食用植物を育てようとする。
植物学者の知識を活かしたワトニーは、排泄物などを利用して植物栽培の準備を始める。
● ソル24
ハブ内を栽培場にしようとしたワトニーはビニールを張り、土を運び入れて畑を作る。
● ソル31
乾燥された排泄物を肥料にしたワトニーは、保存されていた感謝祭用のジャガイモを土に埋める。
● ソル36
水の確保が重要問題であり、水素に酸素を加えて燃やせばいいため、MDV/火星降下機に大量に残る燃料のヒドラジンを利用し、イリジウムを触媒にすれば窒素と水素に分解できるとワトニーは考える。
その水素を燃やせばいいのだが、火災発生を嫌うNASAの規定で全ての機材が不燃性であり、ワトニーは、マルティネスの木の十字架を削って燃やす。
しかし、余分な酸素のことを忘れていたワトニーは爆発を起こしてしまい、二度目は成功して水を発生させることができる。
● ソル54
ジャガイモの芽が出ていることに気づいたワトニーは感激する。
ワトニーの葬儀が行われ、サンダースは、彼が人類に捧げた献身をに感謝し功績を称える。
ヒューストン、ジョンソン宇宙センター。
火星探査統括責任者のヴィンセント・カプーア（キウェテル・イジョフォー）はサンダースに会い、、衛星で火星の地上を確認する許可を得ようとする。
ハブを撮影すれば、ワトニーの遺体が映像で世界に流れてしまうと言うサンダースは、1年で砂に埋もれると考える気象学者の意見を聞き入れ、それまで待つようにとカプーアに伝える。
今ならワトニーの遺族に同情が集まっているため、アレス6を実行する承認を得られると言うカプーアは、1年後では意味がないと伝えてサンダースを説得する。
午前1時30分、ミッション・コントロール。
カプーアからのメールを受けた衛星交信担当のミンディ・パーク（マッケンジー・デイヴィス）は、指示された座標を調べる。
それがアキダリア平原であることが分かったパークは、衛星画像で移動している物体を確認し、カプーアに連絡を入れる。
午前2時30分。
カプーアと広報統括責任者のアニー・モントローズ（クリステン・ウィグ）、そしてサンダースは、ソーラーパネルの上に土がないことやローバーが移動している画像を確認する。
土は風のせいでローバーは記録ミスだと指摘するサンダースは、ルイスに確認することをモントローズから提案されるが、帰還まで10か月あり、ミッションに集中させたいと言われる。
見捨てたと分かればショックを受けるとカプーアも意見するが、発表すれば非難集中は必至だとモントローズは二人に伝える。
画像を24時間押さえている間に、外部に知られないようにして声明を作るよう、モントローズはサンダースに指示される。
計算によると、助ける前に餓死してしまうとサンダースは語る。
カプーアは、置き去りされたワトニーの心理状態を察し、彼の思いを考える。
それを知る由もないワトニーは、前向きに日々を過ごしていたが、ルイスが所有していた20世紀のディスコ・ミュージックにはうんざりする。
ワトニーが火星で生存していることを発表したサンダースは、記者からの厳しい質問を受ける。
● ソル70
次のアレス4が着陸するのは”スキャパレリ・クレーター”であり、3200キロ離れているため、4年後にその場にいる必要があることをワトニーは考える。
ローバーの走行距離は35キロで、走行後はハブで充電が必要であり、50日間の旅をバンのような空間で過ごさなければならない状況だったため、ワトニーは、科学的な考えでそれをクリアしようとする。
もう1台のローバーのバッテリーを搭載し、夜間にかけての走行実験をしたワトニーは、電力節約のためヒーターを使用しないと凍え死ぬことが分かる。
放射性同位体、熱電気転換器を使えばヒーターの問題は解決できそうだったが、プルトニウムを使う必要があった。
ワトニーは、それを利用してヒーターの問題を解決することに成功する。
会見でカプーアは、旅の準備をしていると思われるワトニーが、ローバーでテストをして走行距離を伸ばしていることを伝える。
アレス4の着陸地点に行くことは危険な行為であり、交信できれば自重を促すと伝えて、カプーアは会見を終る。
パークに衛星軌道調性の全権限を任せて映像の空白を短くするよう指示したサンダースは、JPL/ジェット推進研究所所長のブルース・ン（ベネディクト・ウォン）に、6か月かかる補給機の製造を3か月で完成させるよう命ずる。
アレス3のフライトディレクター、ミッチ・ヘンダーソン（ショーン・ビーン）は、クルーに今回の件を知らせるべきだと考えるが、救助プランが出来てからにするとサンダースから言われる。
● ソル79
ジャガイモの収穫と植え替えの時期となり、400個ものジャガイモが育った。
ワトニーが移動し始めたことに気づいたカプーアは、アキダリア平原の衛星写真を見て、目的地が分かったことをパークに伝える。
カリフォルニア州、パサデナ、JPL。
到着したカプーアはブルース・ンに迎えられ、倉庫に案内され、かつての探査計画のメンバーを紹介される。
現地に着いたワトニーは、土に埋まっていたパラシュートをたどり、20世紀末の”ディスカバリー計画”で使われた探査機”マーズ・パスファインダー”を発見し、掘り出してローバーに乗せる。
カプーアは、保管されていたパスファインダーを見せられる。
● ソル109
ハブにパスファインダーを運び起動させたワトニーは、電波を発信する。
準備を整えていたカプーアは、パスファインダーからの信号を受信し、カメラを作動させる。
それに気づいたワトニーは、看板を作り文字を書いてカメラに向けて、交信できたことを確認して喜ぶ。
交信に32分かかり静止画しか送れないため、ワトニーは16進法を利用しようとする。
それに気づいたJPL側も同じ装置を作り、どう生き抜いたかをワトニーに尋ねる。
アンテナが刺さり、モニターが故障したため死亡したと思っても当然であり、クルーには落ち度がないというメッセージを、カプーアらは看板で確認する。
ローバーをパスファインダーと通信可能にするよう指示されたワトニーは、ローバー経由で直接交信できることを知らされる。
カプーアとワトニーは交信し、両者とそれを見守る関係者は感激する。
自分の生存を知ったクルーの反応を尋ねたワトニーは、ミッションに専念させるため、それは伝えていないというカプーアからの答えに驚く。
憤慨したワトニーは怒りを伝え、全世界に伝わっているため、言葉に気を付けるようにと言われても止めようとしない。
ワトニーの気持ちは当然であり、クルーに伝えるべきだと言うヘンダーソンの意見を、サンダースは聞き入れる。
火星撤退から4か月後、ヘルメス。
ヘンダーソンからのビデオメッセージが届き、ワトニーが生きていることを知らされたルイスらは、それが分かったのが2か月前であったためにショックを受ける。
元気なワトニーの救助計画も進行中で、クルーのせいではないことを彼も強調していることを、ヘンダーソンはクルーに伝える。
クルーは責任を感じ、命令を下したルイスは、自分が置き去りにしたと考える。
● ソル128
植物を育てた場合、そこが植民地となることを知ったワトニーは、火星を植民地にした自分は、”ルイ・アームストロング”を越えたと考える。
補給機発射の準備は進み、その到着まで食料は持つことをサンダースは確認するが、順調に事が進んだ場合だった。
ハブに戻り気圧調整をしたワトニーは、壁に穴が開いていたために吹き飛んでしまう。
ヘルメットの亀裂をテープで補習したワトニーは内部に入り、ジャガイモの芽が凍ってしまったことを確認し、ローバーに向かい苛立つ。
それを知ったサンダースは、補給機を送る予定を早める。
● ソル136
NASAの許可を得たマルティネスと交信したワトニーは、冗談を言い合う。
ハブを補修し最与圧をして内部で住める状態にしたワトニーは、残りのジャガイモを数える。
パサデナ、JPL。
宇宙力学課のリッチ・パーネル（ドナルド・グローヴァー）は、輸送機のコースを短くする方法を思いつく。
サンダースは、補給機を15日で完成させるよう指示する。
● ソル154
残りの食料を補給機到着まで持たせる方法をNASAから知らされたワトニーは、それを実行する。
4週間後。
補給機”アイリス”は完成して、物資が積み込まれる。
フロリダ州、ケープ・カナベラル。
補給機の打ち上げ準備が始まり、ヘンダーソンから神を信ずるかと言われたカプーアは、父はヒンズー教徒で母はバプテスト教会信徒だが信じると答える。
打ち上げは成功するものの、暫くして異常が発生し、ロケットは爆発する。
ワトニーから打ち上げの結果を知りたいという交信が入り、カプーアは困惑する。
● ソル186
自分の死は意味のあることであり喜んで命を捧げるという、両親への伝言をワトニーから頼まれたルイスは、心を痛める。
北京、中国国家航天局。
事態を知った主任科学者のグオ・ミン（エディ・コー）は、副主任のチュー・タオ（チェン・シュー）から救う方法があると言われる。
ロケット”太陽神”のブースターには火星に行ける燃料が搭載されていると言われたミンは、技術が秘密であるためにNASAが協力を求めてこないことを知り、両局で話し合う必要があると考える。
ミンからの連絡を受けたサンダースは、補給機を28日で完成させるようにとJPLに指示する。
プレアデス/NASAスーパーコンピュータ。
データを入手したパーネルはカプーアの元に向う。
地球に向かうヘルメスを減速せずに加速し、軌道に入らずに重力アシストを使いコースを調整して、その間に太陽神で打ち上げられた補給機をドッキングさせる方法を、パーネルはカプーアと共に、サンダース、モントローズ、ヘンダーソン、ブルース・ンらに伝える。
ワトニーはMAVでヘルメスに向い、彼を回収して地球に帰還するコースは、既に計算して確認したこともパーネルは話す。
パーネルを下がらせたサンダースは、ヘルメスのクルーのミッションが533日延びることなどを考慮し、5人を帰還させる当初の計画通りにすることを決める。
クルーに決めさせるべきだと考えるヘンダーソンは、サンダースを臆病者呼ばわりしてその場を去る。
ヘルメス。
妻から来たメールの添付写真が開けないため、ヨハンセンに見てもらったフォーゲルは、それがJPGではなくASCIIのテキスト・ファイルだと知らされる。
それはパーネルが送って来たもので、彼が考えたコースを確認したルイスらは、NASAが却下したために秘密で送って来た内容をクルーと話し合い、実行するかを決める。
指揮官である自分が決められない複雑な問題であり、多数決をとったルイスは、実行した場合の危険性などを確認した上で、全員一致でワトニー救出のため火星に向かうことを決定する。
ミッション・コントロール。
ヘルメスのコースが外れていることを知った衛星制御エンジニアのブレンダン・ハッチ（ジョナサン・アリス）は、情報をクルーに伝えたパーネルが誰かを調べさせる。
マニューバを教えた者は情報を与えただけで、今回の件はクルーの決断だと言うヘンダーソンは、NASAの継続は一人の命よりも重要だというサンダースの考えを否定する。
今回のミッション終了後辞職してもらうと言われたヘンダーソンは、全員を帰還させるようサンダースから命ぜられる。
● ソル219
スキャパレリ・クレーターにあるアレス4のMAVで離陸してヘルメスに向かい捕えてもらうため、ワトニーは、その場に行く方法を考える。
地球からの指示を受けたワトニーは、必要な機材を用意してローバーを改造する。
サンダースとヘンダーソンは北京の中国国家航天局に向い、ミンとタオに迎えられる。
地球に接近したヘルメスのクルーは、家族と交信する。
太陽神は発射に成功し、準備を整えたワトニーは、スキャパレリ・クレーターに向かうためのローバーの走行テストを行う。
補給機をドッキングさせたヘルメスは、再び火星に向かう。
7か月後
● ソル461
火星でも海事法が適用されるため、自分は海賊だと考えたワトニーは、ハブのシステムをダウンさせ、最後の日付を記入した壁にサインして旅立つ。
正午までの4時間の走行後、ソーラー・パネルで13時間バッテリーを充電したワトニーは、その間に睡眠をとる。
● ソル494
走行と充電、そして睡眠を規則正しく繰り返すワトニーは、予定通り目的地に向かう。
MAVが低軌道に達するよう設計されているため、火星の重力を逃れてヘルメスに向かうには速度を上げる必要があり、5000キロも軽くすることになる。
火星の標本や機材などを捨てて宇宙服で搭乗し、操縦はせずに、マルティネスが遠隔操作することを、ヘンダーソンはカプーアに話す。
遠隔であるため、ほぼ全ての計器なども外すと言われたカプーアは、船首のエアロックと窓、そして船殻パネルも外すことを知らされて驚く。
穴が開いた状態で宇宙に行くのかと訊かれたブルース・ンは、ハブのキャンバスで船首を覆うが、空気抵抗も問題ないと言われる。
それを知らされたワトニーは、冗談ではないかと地球に問う。
● ソル538
スキャパレリ・クレーター、アレス4着陸地点。
現地に着いたワトニーはMAVに入り、指示された通りに不要な機材などを捨ててキャンバスを張る。
● ソル538
ワトニーの回収計画の打ち合わせをしたルイスらは、MMU/有人機動ユニットを使うベックと補助のフォーゲルの役割を確認する。
● ソル561
ローバーに感謝して別れを告げたワトニーは、MAVに乗り込もうとする。
全世界では、ワトニーの救出ミッション実行を見守る人々が、その瞬間に注目する。
髭を剃り宇宙服を着たワトニーはMAVに乗りこみ、緊張と興奮で震える彼はルイスと交信し、マルティネスが遠隔操作するので気絶していいと言われる。
各担当の準備が整ったことを確認し、パイロット（ワトニー）の”ゴー”という言葉で、ルイスはMAVを打ち上げる。
打ち上げは成功するが、キャンバスは外れてしまい、ワトニーは気絶してしまい、ブースターが分離する。
MAVの速度が速すぎることを知ったルイスは、意識が戻ったワトニーに情況を知らせる。
宇宙服に穴を開け、空気をスラスターにしてヘルメスに近づくと言うワトニーは、それをルイスに却下されるものの、アイアンマンのように飛んでいくとジョークでクルーを笑わせる。
地球との交信を切ったルイスは、いいアイデアだと言って、空気を推進力にしてVAL/エアロックを開ければ逆推進力が発生することを考え、船首が吹き飛んでもブリッジと原子炉室は密閉するとマルティネスとヨハンセンに伝える。
フォーゲルに爆弾を作るよう指示したルイスは、交信を再開して考えを地球に伝える。
それに反対するワトニーは、宇宙服に穴を開けると言い張るが、ルイスはそれを認めない。
キッチンで砂糖、液体酸素、アンモニアを含む染み抜き洗剤などを使って爆弾を作ったフォーゲルは、それをヨハンセンに渡し、電灯盤に繫ぐよう伝える。
船首に向かったベックの元に爆弾を運んだヨハンソンは、それを彼に渡し、無事を祈りヘルメットにキスする。
爆弾をセットしたベックは、エアロックを離れる。
ワトニーとの距離があり過ぎるため、宇宙服を着たルイスはMMU/有人機動ユニットで船外に出る準備を始め、戻ったベックにそれを伝える。
起爆を指示したルイスは、爆破後に船外に出て、テザーにベルトをかけるようベックに伝える。
ベルとの長さでは届かないため、ルイスはそれを外すようベックに指示する。
手袋に穴を開けたワトニーは、空気の噴射を利用してルイスに接近するが、手を掴むことに失敗する。
ベルトを掴んだワトニーは、絡まりながらルイスに確保される。
ベックがベルトを巻き上げ、ワトニーは、音楽の趣味は最低だとルイスに伝える。
ヘルメスからワトニー確保を知らされたNASA関係者、そして全世界の人々は歓喜する。
船内に戻ったワトニーは、クルーに迎えられる。
● 1日目
地球に帰還後、宇宙飛行士の訓練教官となったワトニーは、火星での体験を候補生に話しながら、宇宙で起きる危機に対応する心構えを語る。
その後、再びマルティネスが搭乗するアレス5が打ち上げられる。
ルイス、サンダース、モントローズ、パーク、パーネル、ブルース・ン、ハッチらはそれを見守り、退官したヘンダーソンは、息子のゴルフの練習に付き合う。
愛が芽生え結婚して子供が生まれたヨハンセンとベック、家族の元に戻ったフォーゲルも、アレス5の打ち上げ成功を喜ぶ。
