Pagrindinis knygos veikėjas psichologas Krisas Kelvinas atvyksta į kosminę stotį, tyrinėjančią tolimą planetą Soliaris, besisukančią aplink dvi saules. Ją gaubia paslaptingas vandenynas – pagrindinis mokslininkų tyrimo objektas. Kriso tikslas yra sužinoti, kas nulėmė vieno mokslininko savižudybę ir keistą kitų stoties darbuotojų elgesį.
Tačiau netrukus ir pats psichologas susiduria su nepaaiškinamais dalykais. Atrodo, kad vandenynas gali perskaityti žmogaus sąmonėje užgniaužtas mintis. Krisą Kelviną aplanko jo žmona Hera, prieš keletą metų nusižudžiusi. Krisas lyg šiol jaučia kaltę dėl mylimosios mirties.
Mokslininkų kontaktas su vandenynu atskleidžia giliausiai paslėptus asmenybės aspektus, tačiau nieko nepasako apie nežemiškos būtybės prigimtį. Daugiasluoksnis siužetas išryškina esminę problemą: ar mes pasirengę susidurti su tokia gyvybės forma, kokios negebame net įsivaizduoti?