In nicht allzu weit entfernter Zukunft steht die Menschheit kurz davor, an einer Nahrungsknappheit zugrunde zu gehen. Ein anderer bewohnbarer Planet muss gefunden werden. Aus diesem Grund schickt ein Wissenschaftler seine Tochter und den ehemaligen NASA-Piloten Cooper auf eine gefährliche Weltraumexpedition in ein anderes Sternensystem.

Niemand weiß, ob das Team jemals wieder zur Erde zurückkehren wird. Die schlimmsten Befürchtungen von Aktivisten, Wissenschaftlern und Politikern haben sich bewahrheitet: Eine globale Nahrungsknappheit wird die menschliche Spezies in naher Zukunft ausrotten. Hoffnung gibt es lediglich in Form eines geheimen Projektes der US-Regierung, das den Plan verfolgt, in einem anderen Sternensystem nach bewohnbaren Planeten zu suchen. Geleitet wird dieses Vorhaben von dem Wissenschaftler Professor Brand , der seit Jahren versucht, eine Rettung für die Menschheit zu finden. Er ist sogar dazu bereit, seine eigene Tochter Amelia auf eine gefährliche Weltraummission zu schicken, um der Menschheit so einen Ausweg zu ermöglichen.

Gemeinsam mit dem ehemaligen NASA-Piloten Cooper führt Amelia die Besatzung der Expedition an. Mit von der Partie sind die Piloten Romilly und Doyle . Mithilfe eines Wurmlochs soll sich das Forschungsteam schnell im Weltall fortbewegen können, allerdings weiß niemand genau, was auf der anderen Seite auf sie wartet. Ob die Forscher wieder lebend zurück auf die Erde kommen, steht ebenso in den Sternen. Dennoch entscheiden sich die Astronauten dazu, in eine Rakete zu steigen und sich der wichtigsten Weltraummission in der Menschheitsgeschichte zu stellen. Auf der Erde lässt Cooper jedoch seinen Schwiegervater Donald , seinen Sohn Tom (Timothée Chalamet / erwachsen: Casey Affleck) und seine Tochter Murph (Mackenzie Foy / erwachsen: Jessica Chastain) zurück. Murph will den Vater nicht gehen lassen und entwickelt sich schließlich zu einer exzellenten Wissenschaftlerin an der Seite von Professor Brand. Noch immer wartet sie auf die Rückkehr ihres Vaters, da er es ihr fest versprochen hat. Wird Weltraumforscher Cooper seine Familie jemals wiedersehen? Gibt es Rettung für die vom Aussterben bedrohte Menschheit?

Die Grundprämisse von Christopher Nolans Science-Fiction-Oper "Interstellar" basiert auf einer Idee von Kip S. Thorne. Letzterer ist selbst ein Pionier der Wurmloch-Forschung, die davon ausgeht, dass durch Wurmlöcher Sprünge durch Raum und Zeit möglich sind. Schon im Jahr 2006 stellte Thorne seine Idee dem Blockbuster-König Steven Spielberg vor, doch zu einer Umsetzung kam es zunächst nicht. Erst Jahre später wurde die Idee von Christopher Nolan wieder aufgegriffen, der gemeinsam mit seinem Bruder Jonathan das Drehbuch zu "Interstellar" schrieb.