Dans un futur proche, Nathaniel Shepard (Gary Oldman), PDG de Genesis, lance la toute première mission de colonisation sur la planète Mars. Pendant le voyage, l'astronaute en chef, Sarah Elliot découvre qu'elle est enceinte. Peu de temps après l'atterrissage, elle meurt de complications en donnant naissance au premier être humain né sur Mars. Le père de l'enfant est inconnu. Cet enfant est nommé Gardner Elliot (Asa Butterfield) Dans un dilemme, Nathaniel décide finalement de garder l'enfant sur Mars comme un secret, pour éviter un désastre pour sa compagnie et également parce que le cœur de l'enfant ne pourrait survivre à cause du poids de la gravité de la planète Terre. 16 ans plus tard, Gardner Elliot, est devenu un garçon curieux et très intelligent qui n'a rencontré que 14 personnes dans son éducation très peu conventionnelle, il est très douée en Science et tous ce qui concerne les expériences puisqu'il a été élevé par des scientifiques. Un jour, afin d'en savoir plus sur sa mère, il pirate dans Centaur, un robot qu'il a aidé à construire pour avoir un meilleur ami, les informations qui lui permettront d'accéder à l'entrepôt de la base spatiale. Dans un des casiers, il y récupère les objets de sa mère. Parmi eux, un anneau de mariage et une clé USB, dans laquelle joue une vidéo d'elle et un homme dans une maison sur le bord d'une plage. Convaincu que l'homme est son père, il est déterminé à le trouver. En le voyant, Tulsa le frappe alors qu'elle est bouleversée car Gardner n'a pas répondu à ses messages pendant 7 mois. Cependant, elle lui pardonne et il la convainc de l'aider à trouver son père.