Une station orbitale observe une planète inconnue, Solaris. A son bord, un physicien s'est donné la mort et deux autres occupants semblent atteints de folie. Le psychologue Kris Kelvin part les secourir. Très vite, il est victime lui aussi d'hallucinations émises par Solaris, qui projette en images le fond de l'âme de chacun.
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