헤어진 연인 레아에 대한 죄책감과 그리움에서 헤어나지 못한 채 살아가던 정신과 의사 켈빈. 어느 날 그는 친구의 제안으로 솔라리스 행성의 우주정거장 프로메테우스 호에 탑승하게 된다. 그리고 그곳에서 지구상엔 존재할 수 없는 비지터에 대한 이야기를 듣는다. 추억을 떠올리면 거짓말처럼 현실 속에 나타나는 솔라리스 행성을 연구 중인 스노우 대원과 고든 박사도 이곳에서 종종 비지터를 만난다고 한다. 잠든 켈빈 또한 꿈속에서 연인 레아를 만난다. 지하철에서의 첫 만남, 카페에서의 우연한 재회, 엘리베이터에서 멈칫거리다 포개진 두 손, 처음 그녀와 나누던 사랑의 기억….
잠에서 깨어나보니 그의 앞에 죽었던 연인 레아가 있다. 그러나 갑자기 다시 살아온 그녀의 존재를 믿지 못하는 켈빈은 레아를 우주 밖으로 떠나보낸다. 혼란스러워하는 켈빈 앞에 레아는 다시 나타난다. 믿을 수 없는 현실에 켈빈은 당황하지만 켈빈의 눈에 보이는 그녀는, 만지고 또 느낄 수 있는 레아 그 자체다. 고든 박사는, 그냥 분신일 뿐이라며 떠나보내라고 냉정하게 얘기하고, 레아는 자신이 살아있는 인간이 아닌 비지터라는 사실을 알고 괴로워하는데….