このレビューはネタバレを含みます
宇宙飛行士のマーク・ワトニーは火星への有人探査計画であるアレス3に、クルーとして参加する。火星での探査任務中、大砂嵐に襲われたワトニーらクルーは、全ミッションを放棄して火星からの退避を決めてロケットへ向かうが、その最中に折れたアンテナがワトニーに直撃する。クルーたちはワトニーが死んだと判断して火星上の軌道へ戻り、さらに地球上の軌道へ帰還するためのヘルメス号に乗って出発してしまう。
ところが、ワトニーは生存しており、火星に一人取り残されてしまったことを知り、残されたわずかな物資を使って生き延びようとする。しかし、地球から救助隊がすぐに来る見込みはない。ワトニーは持ち前の植物学者としての知識を活かし、前ミッションから残留保存されていた資材を材料に水、空気、電気を確保すると、さらに物資の中にあった、感謝祭まで開けるなと書かれた箱の中から生のジャガイモを発見し、火星の土とクルーの排泄物をもとに耕作用の土を用意し、そのジャガイモの栽培に成功する。
次のミッションであるアレス4が到着するまでの4年間を生きのびようとするが、火星の厳しい環境がそれを阻む。ワトニーは過去に火星に送り込まれていた無人探査機マーズ・パスファインダーを見つけ、その通信機能を回復させた。NASAではソーラーパネルやローバー2が動いている事でワトニーの生存を知り、更に、彼がマーズ・パスファインダーを掘り出す事を察知して、地球側に保管されていたマーズ・パスファインダーのレプリカを通して短い通信を可能にした。だが、複雑な会話をする為にはあまりに短い為、16進法を用いた通話方法を確立させ、NASA側が直接通信の為に、ローバーのシステムをハッキングしてシステムを追加する事をワトニーに教えた事で直接通信が可能になった。そして、ワトニーのために追加の食料などを送ることを決めて急遽、輸送のロケットを打ち上げるものの、急ぐ余りに一部の点検をしなかった為、予期せぬトラブルが起きて打ち上げに失敗してしまう。NASAのロケットによる支援ができなくなった時、中国国家航天局から助けが提供され、救助のための輸送を中国のロケットが引き受け、地球軌道に乗せることに成功する。
NASA長官で最高司令官であるテディ・サンダースは地球帰還中のアレス3のクルーたちを安全に帰還させるか、もう一度火星に戻ってワトニーを救うかの二者択一に迫られるが、長官はクルーたちを安全に帰還させる選択肢を選ぶ。しかし、長官のその意図はクルーたちに漏らされてしまう。ヘルメス号に乗るクルーたちは全員一致の意見で長官の指令に反対し、地球上の軌道でスイングバイを行いながら中国のロケットでもたらされた追加食料などを受け取ると、火星へ戻る。ワトニーは、ヘルメス号が火星上の軌道に乗る日に合わせてローバーを改造して長距離走破を決行すると、火星の重力を振り切る唯一の手段となる、アレス4用にすでに送り込まれていたMAV (Mars Ascent Vehicle) に乗り込む。
MAVはヘルメス号からの遠隔操作によって打ち上げられるが、軽量化による覆いが打ち上げ途中に剥離し、それに伴う空気抵抗でヘルメス号から大きく離れることになる。ヘルメス号のクルーたちはワトニーと共にこの距離を縮めるべく命がけの工夫を凝らし、宇宙空間を漂っていたワトニーの確保に成功すると、地球へ帰路を向ける。
後年、ワトニーは宇宙飛行士の訓練生の前で火星での日々を振り返り、救出ミッションに関わった者たちの後日譚が描かれる。
