Марсианская миссия «Арес-3» в процессе работы была вынуждена экстренно покинуть планету из-за сильной песчаной бури. Инженер и биолог Марк Уотни получил повреждение скафандра и датчиков биологических параметров во время перехода к взлётному аппарату. Остальные участники миссии, посчитав его погибшим, эвакуировались с планеты, оставив Марка одного. Очнувшись, Уотни обнаруживает, что связь с Землёй отсутствует из-за повреждения бурей основной антенны, но при этом полностью функционирует автономный жилой модуль. Главный герой начинает искать способ продержаться любыми способами: на имеющихся запасах еды и витаминов, используя регенераторы воды и воздуха, получая энергию от солнечных батарей. До прилёта следующей миссии NASA («Арес-4») остаётся 4 года и он первоначально планирует добраться до места посадки к кратеру Скиапарелли, от которого его отделяют 3200 километров.
Чтобы пополнить запасы продовольствия, Марк начинает выращивать картофель, для чего также в результате серии опасных химических экспериментов получает дополнительный запас воды. Он переделывает один из двух имеющихся марсоходов и совершает на нём пробную длительную поездку к месту приземления миссии Pathfinder. Забрав с собой марсианскую станцию и марсоход «Соджорнер», Марк с помощью этого оборудования налаживает связь с Землёй.
NASA планирует переделать посадочный аппарат следующей миссии, чтобы можно было подобрать Уотни. Однако этот план не удаётся осуществить из-за аварийной разгерметизации жилого модуля Марка, в результате чего в нём гибнет картофельная плантация. Зонд с припасами также не удаётся отправить с Земли, так как ракета-носитель терпит крушение при запуске. Когда надежды на спасение не остаётся, экипаж «Ареса-3», летящий обратно на Землю, решает против воли руководства NASA совершить рискованный манёвр, чтобы вернуться и подобрать своего оставленного коллегу. Марку не остаётся ничего иного, как снова планировать поездку к Скиапарелли, где он сможет переделать уже доставленный туда взлётный аппарат «Ареса-4» для взлёта с поверхности Марса. Ему присылают множество инструкций, в том числе и по дальнейшей переделке марсохода для этого трудного путешествия.
В процессе работы он случайно выводит из строя Pathfinder и снова остаётся без связи с Землёй. Совершая в одиночестве путешествие к Скиапарелли, Марк едва не попадает в длительную песчаную бурю, которая грозила оставить его без солнечного света, без которого не было бы и энергии. Добравшись всё-таки до взлётного аппарата в кратере, он его максимально облегчает и стартует с Марса. В результате напряжённых манёвров аппарат и корабль «Ареса-3» встречаются на орбите, и Марка спасают.