世間萬物都是有生命的，比如太陽，科學家預測，太陽正在極速膨脹老化，終有一天會吞滅整個地球，地球面臨前所未有的生存危機，聯合政府決定將地球推離太陽系，飛向4.2光年外的新家園，這項史無前例恢宏的人類移民計劃，被稱為“流浪地球”計劃。為了給地球的流浪之旅提供充足的動力，地球表面建立起一萬座行星發動機，發動機下面配有一座地下城作為人類唯一的庇護所，地下城的居住權需要由抽籤決定。當一場災難和每個人都息息相關的時候，整個人類會表現出前所未有的團結，因此，聯合政府集結世界各國的航天力量，耗時三十年建立“領航員號”國際空間站伴飛地球，為地球保駕護航。“兒子，當你不用望遠鏡就能看到木星的時候，爸爸就回來了。”這是作為領航員之一的中國航天員劉培強在兒子四歲時對他說的話，他要去執行一生中最重要的任務“拯救地球”。總有這樣的英雄，在危難之際家國之間，毅然地舍家為國，我不是不想留在你身邊，可是這場關乎三十五億生命的滅頂之災，我不能袖手旁觀，為了你，也為了千千萬萬的人好好活下去，我必須離開你。從劉培強離開的那個時候起，年少不經事的兒子劉啟就對爸爸充滿了怨恨，十七年後他長成了一個少年，卻有十年之久從來沒和爸爸通過話。
漫長的十七年，當中國航天員劉培強圓滿完成駐站任務交接完工作準備返航之時，預警信號啟動，地球受木星引力影響偏離軌道，全球一萬座行星發動機出現故障全覆蓋停運，地表受強震影響建築坍塌，無數人在這場大災難中死去。救援队火力全开开展饱和式救援，這意味著將有無數人因此犧牲。雖然我沒有見過你，但我知道廢墟之下是你用生命為活著的每一個人打開通道。救援小分隊成員剛子走了，當劉啟的姥爺氧氣值為零的時候，我們知道他也走了。在零下八十多攝氏度的風暴裡，在強震衝擊高樓崩塌的黑暗裡，有無數像他們一樣勇於犧牲的英雄，雖然我不知道你的名字，還是要謝謝你，生命永垂不朽。
經過奮戰，幾乎所有的發動機重新啟動。此時國際空間站向全球播報，地木距離仍在縮短，幾小時後地球將會墜入木星，這本是一場徒勞的救援行動。所有的救援隊放棄救援任務，都想回家見自己的親人最後一面。此時劉啟想到另外一個救援方案“點燃木星”，利用燃燒釋放出的衝擊波推離地球，只有他們一行人孤軍奮戰在蘇拉威西三號發動機站，沒有人放棄。身在空間站的領航員劉培強時時刻刻牽掛著兒子，當他發現莫斯叛逃打算撤離空間站的時候，奮不顧身地跳出艙門進入總控室，他說有一天他要帶兒子去貝加爾湖畔釣鮭魚。他向聯合政府發出的請求被駁回，沒有人會放齊和自己家人最後團聚的機會而加入到徒勞的救援行動。韓朵朵在播報裡說到“她此前不相信希望，可此時此刻她堅信希望在這個年代是像鑽石一樣珍貴的東西，是讓人回家的方向。”所有的救援車輛在她的號召下全速返航，時間不多，但願剛剛好。集結萬千力量，所有的設備準備就緒，只等李一一按下點火開關的那一刻。預設的情況出現意外，火力不夠，地木距離還差五千公里。中國航天員劉培強當機立斷作了一個決定，空間站現有的三十噸燃料足以衝擊火焰抵達木星。他接通救援隊指揮官王磊，這是他和兒子的最後一次通話，他對兒子說聲對不起，記得小時候他常跟兒子說“一、二、三，抬頭”你就可以看到爸爸，這一次你一定可以看到我。“一、二、三……”火光像巨龍一樣騰飛在天際。我想到那一刻，劉啟一定會原諒爸爸。其實當劉啟決定開往蘇拉威西的那一刻，他對爸爸已經沒有恨意了，他和爸爸在做著一樣的事情。
無數英雄在這場災難中死去，他們用生命推動了地球。航天員劉培強說“地球，一定可以活下去。”指揮官王磊生前下達的最後一道指令是“活下去。”我們向英雄致敬。
三年後，劉啟成為運載車的初級駕駛員，“道路千萬條，安全第一條，行車不規範，親人兩行淚。”這是爷爷生前的話，他想念爷爷，也以此銘記在災難中丧生的人。
影片中有一段話，當聯合政府得知“點燃木星”計劃失敗，準備撤離空間站時，“流浪地球”計劃更名為“火種”計劃，空間站冷藏了三十萬人類受精軟，基本農作物種子，全球已知動植物DNA圖譜以及全部人類文明數字資料庫，即使地球毀滅，人類文明也要延續下去。劉培強說過“沒有人的文明，毫無意義。”人類是一個偉大的種族，生存、繁衍、創造，人類在創造歷史，也在推動歷史的車輪，自有文字記載以來人類所知的天文、地理、曆法等等一切知識的總和構成了人類文明，人類文明是世界寶貴的文化遺產 。
故事結束了，故事還在繼續，太陽將會一直膨脹到吞沒整個地球，將地球推離太陽系是它唯一生存的辦法，一代又一代人前赴後繼將地球推離到4.2光年外的新家園，這一恢宏的計劃需要延續上百年，地球漫長的宇宙之旅還在路上，絕望與希望並存，人類的堅毅和勇氣將永刻于星空之下。
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