La planète Solaris, recouverte d'un océan, a longtemps intrigué les chercheurs qui y ont installé une station. Faute de résultats concluants, le docteur Kris Kelvin, un homme bouleversé par le suicide de sa femme, y est envoyé afin de définir s'il faut fermer la station ou non.
Un réalisateur se retrouve dans le musée de l'Ermitage à Saint-Pétersbourg au début du 18e siècle. Il y rencontre un cynique diplomate français du 19e siècle. Les deux hommes deviennent complices au cours d'un extraordinaire voyage dans le temps.
Affaibli par une forte fièvre, Petrov est entraîné par son ami Igor dans une longue déambulation alcoolisée, à la lisière entre le rêve et la réalité. Progressivement, les souvenirs d’enfance de Petrov ressurgissent et se confondent avec le présent…