В майбутньому - дуже далекому від нас «космічне майбутнє» людства - почулися ці прощальні слова: «Кельвін, ти летиш. Всього доброго!" Психолог Кельвін в неймовірній віддалі від Землі десантується з космолета на пріпланетную станцію - це величезний сріблястий кит, що ширяє над поверхнею планети Соляріс. Станція здається порожній, вона дивно засмічена, Кельвіна ніхто не зустрічає, а перший же людина, що побачив психолога, лякається мало не до смерті. Чоловіка звуть Снаут, він заступник начальника станції Гибаряна. Він хрипить з огидою: «Я тебе не знаю, не знаю. Чого ти хочеш?" - хоча станція була сповіщена про прибуття Кельвіна. А потім, схаменувшись, говорить, що Гібарян, друг і колега Кельвіна, наклав на себе руки і що новоприбулий не повинен нічого робити і не повинен нападати, якщо побачить когось ще, крім нього, Снаута, і третього члена екіпажу, фізика Сарториуса. На питання: «Кого я можу побачити ?!» - Снаут, по суті, не відповідає. І дуже скоро Кельвін зустрічає в коридорі величезну голу негритянку, «жахливу Афродіту» з величезними грудьми і слонячим задом. Її не може бути на станції, це схоже на галюцинацію. Мало того, коли новоприбулий приходить до Сарторіусові, фізик не пускає його в свою каюту - варто, затуляючи спиною двері, а там чути біганина і сміх дитини, потім двері починають смикати, і Сарториус кричить несамовитим фальцетом: «Я зараз повернуся! Не треба! Не треба!" І кульмінація марення - Кельвін входить в холодильну камеру, щоб побачити тіло Гибаряна, і виявляє поряд з мерцем ту саму негритянку - живу і теплу, незважаючи на крижаний холод. Ще одна вражаюча деталь: її босі ступні НЕ стерті і не деформовані ходьбою, шкіра їх тонка, як у немовляти.
Кельвін вирішує було, що зійшов з розуму, але ж він - психолог і знає, як в цьому переконатися. Чи влаштовує собі перевірку і резюмує: «Я не зійшов з розуму. Остання надія зникла ».
Вночі він прокидається і бачить поруч з собою Гері, свою дружину, яка загинула десять років тому, яка вбила себе через нього, Кельвіна. Живу, у плоті і крові, і абсолютно спокійну - немов вони розлучилися вчора. На ній пам'ятне йому плаття, звичайне плаття, але чомусь без застібки-блискавки на спині, і ступні у неї, як у тій негритянки, - дитячі. Здається, вона приймає все як належне і всім задоволена, і хоче тільки одного: ні на годину, ні на хвилину не розлучатися з Кельвіном. Але йому треба піти, щоб якось розібратися в ситуації. Він намагається пов'язати Хері - виявляється, що вона сильна не по-людськи ... Кельвін в жаху. Він заманює фантом дружини в одномісну ракету і відправляє на околопланетную орбіту. Здавалося б, з цим маренням покінчено, проте Снаут попереджає Кельвіна, що через два-три години «гість» повернеться, і розповідає нарешті, що, на його думку, відбувається. Невідступно «гостей» насилає на людей Океан планети Соляріс.
Океан цей вже більше сотні років займає розуми вчених. Він складається не з води, а з протоплазми, дивним і жахливим чином переміщається, спучується і створює гігантські - безглузді на вигляд - споруди, в надрах яких час змінює свою течію. Їх назвали «городревамі», «Долгунов», «ми моідамі», «симетріад», але ніхто не знав, від чого і навіщо вони створюються. У цього живого Океану, здається, є єдина функція: він підтримує оптимальну орбіту планети навколо подвійного Сонця. І ось зараз, після дослідного удару жорстким випромінюванням, він став підсилати до людей фантомів, витягаючи їх вигляд з глибин людської підсвідомості. Кельвіном ще пощастило: йому «подарована» жінка, яку він колись любив, а іншим підсилає їх таємні еротичні бажання, навіть не реалізовані. «Такі ситуації ... - каже Снаут, - про які можна тільки подумати, і то в хвилину сп'яніння, падіння, божевілля ... І слово стає плоттю». Так вважає Снаут. Ще він каже, що «гість» найчастіше з'являється, поки людина спить і свідомість його вимкнено. В цей час області мозку, відповідальні за пам'ять, доступніші невідомим променям Океану.
Вчені могли б покинути станцію, але Кельвін хоче залишитися. Він думає: «Мабуть, про Океані ми не дізнаємося нічого, але може бути, про себе ...» Наступної ж ночі Хері з'являється знову, і, як в минулі часи, вони стають коханцями. А вранці Кельвін бачить, що в каюті лежать два «абсолютно однакові білі сукні з червоними гудзиками» - обидва розрізані по шву. За цим шоком постає інше: Хері випадково залишається під замком і з нелюдською силою, ранячи себе, виламує двері. Вражений Кельвін бачить, як понівечені її руки майже миттєво гояться. Сама Хері теж в жаху, адже вона відчуває себе звичайним, нормальним людиною ...
Намагаючись зрозуміти, як «влаштована» Гері, Кельвін бере у неї кров для аналізу, але під електронним мікроскопом видно, що червоні тільця складаються не з атомів, а як би з нічого - мабуть, з нейтрино. Однак «нейтрино молекули» не можуть існувати поза якогось особливого поля ... Фізик Сарториус приймає цю гіпотезу і береться побудувати анігілятор нейтронних молекул, щоб знищувати «гостей». Але Кельвін, виявляється, цього не хоче. Він уже оговтався від шоку і любить знову знайдену дружину - ким би вона не була. Зі свого боку, Хері починає розуміти ситуацію, весь її трагізм. Вночі, поки Кельвін спить, вона включає магнітофон, залишений Гібаряном для Кельвіна, прослуховує розповідь Гибаряна про «гостях» і, дізнавшись правду, намагається накласти на себе руки. Випиває рідкий кисень. Кельвін бачить її агонію, болісну криваву блювоту, але ... Випромінювання Океану відновлює нейтринну плоть за лічені хвилини. Ожила Хері в розпачі - тепер вона знає, що мучить Кельвіна, «А що знаряддя тортур може бажати добра і любити, цього я уявити собі не могла», - кричить вона. Кельвін у відповідь каже, що любить її, саме її, а не ту, земну жінку, яка вбила себе з любові до нього. Це правда, і він в повній розгубленості: адже йому належить повернення на Землю, а улюблена жінка може існувати тільки тут, в таємничому поле випромінювання Океану, Він ні на що не може зважитися, однак погоджується на пропозицію Сарториуса записати струми свого мозку і передати їх у вигляді пучка рентгенівського випромінювання Океану. Може бути, прочитавши це послання, рідке чудовисько перестане підсилати до людей своїх фантомів ... Промінь б'є в плазму, і як ніби нічого не відбувається, тільки у Кельвіна починаються болісні сновидіння, в яких його немов би вивчають, то розбираючи на атоми, то складаючи знову. «Жах, пережитий в них, не можна порівняти ні з чим на світі», - говорить він. Так проходить кілька тижнів, Хері і Кельвін прив'язуються один до одного все сильніше, а Сарториус тим часом проводить якісь страшні експерименти, намагаючись позбутися від «гостей». Снаут говорить про нього: «Наш Фауст навпаки шукає засіб від безсмертя». Нарешті в одну з ночей Хері дає Кельвіном снодійне і зникає. Сарториус потай від Кельвіна все-таки створив анігілятор фантомів, і Гері з великої любові до Кельвіном зважилася на загибель - як колись, давним-давно ... Пішла в небуття, пішла назавжди, бо навала «гостей» скінчилося.
Кельвін в горі. Він мріє помститися мислячої протоплазмі, випалити її дотла, але Снаута вдається заспокоїти товариша. Він каже, що Океан не хотів нічого поганого, навпаки - прагнув робити людям подарунки, дарувати їм найдорожче, то, що найглибше заховано в пам'яті. Океан не міг знати, яке справжнє значення цієї пам'яті ... Кельвін приймає цю думку і заспокоюється - як ніби. І в останній сцені він сидить на березі Океану, відчуваючи його «велетенське присутність, потужне, невблаганне мовчання», і прощає йому все: «Я нічого не знав, але як і раніше вірив, що ще не закінчилося час жорстоких чудес».