库珀曾是一位NASA宇航员，如今过着靠一片玉米地养活家人的生活。他有一个儿子汤姆和女儿墨菲。有一天，小镇突然起了沙尘暴，忘了关窗户的墨菲回到家中，发现房间内发生了奇怪的事情。库珀注意到沙子在地上形成了一个奇特的图案，似乎是某种坐标。他和墨菲前往了这个坐标所在的地方，原来那里是NASA秘密组织的探究所，专门研究人类的生存之路。这是因为不久的将来，玉米将会灭绝，人类将无法在地球上继续生存。
电影《星际穿越》发生在地球的未来。此时，整个地球已经成为黄沙遍布、一片荒芜的景象。曾经支撑人类生存的粮食因为枯萎病而绝种。目前，人类仅依靠耐旱性较强的玉米为食物维持生存。在这样的情况下，如何培育出优质的粮食成为了人类研究的重要课题。
老布兰德教授及其团队告诉库珀，NASA希望他作为一名老宇航员，与女儿布兰德、罗米利和多伊尔一起前往宇宙寻找人类的新家园。目前，他们已经发现了木星附近存在一个虫洞。之前，NASA已经派遣三个小队前往虫洞中的三个星球进行探索，并且定期接收到信号回馈，表明可能存在适宜人类居住的星球。老布兰德教授正在制定两个计划：Plan A和Plan B。
