在几十年后，太阳极速老化，地球快要毁灭。人们团结起来，在地球上建立了一万个发动机准备推动地球离开太阳系，称为“流浪地球”计划。地球的环境越来越差，人们通过抽签来决定谁能进入保护人类的地下城里继续生活，剩下的人只能自生自灭。而有一些宇航员进入太空空间站执行任务，其中包括刘启的父亲刘培强，他不得已离开了年幼的刘启。
（几年，可能十几年后）刘启有个妹妹叫韩朵朵，她一直想去外面看看。于是两人联合偷了爷爷韩子昂的一张类似车钥匙作用的身份卡，借到了假冒工作人员的衣服，离开了地下城。但刘启在驾车时被查车发现，两人被关进监狱。韩子昂想贿赂狱卒放出两人但没能成功，结果他们在监狱里遭遇了大地震。当他们匆忙逃出后得知木星引力激增，造成地球上的发动机损坏，人们必须尽快修好这些发动机才能幸免于难。在危急时刻，这几人也被编入救援队中执行任务。
但在穿越大楼时，救援队出现了意外，爷爷韩子昂被关在大厦里牺牲，临死前回忆起他在海里遇见韩朵朵的故事。刘启和韩朵朵更是恨起了救援队。他们不情愿的继续执行任务，然而最终还是失败了，地球即将毁灭。
太空中，空间站被要求撤离，因为Moss计算出即使修好发动机也是徒劳。刘培强认为Moss（空间站上的人工智能）的决定是叛逃，想要反抗却被困进休眠仓。Moss向地球宣布“流浪地球”计划失败，他们将带着人类的文明去建立新的世界。正绝望时，刘启想到了一个新主意：点燃木星推动地球。于是整个救援队又抓住最后的希望，重新行动起来。他们想要请求支援，但人们都认为这不可能，没人过去。这时刘培强逃出休眠仓，得知了他们的新计划，试图请求联合政府帮助他们。联合政府拒绝了，但同意宣传。韩朵朵在音频里说，要相信希望，加入他们。越来越多的人来帮助他们，计划看起来即将成功。
但是，最终发动机的功率还是差了一点，没能推动地球。在太空的刘培强看到，决定牺牲空间站和自己最后赌一把。刘启哭了出来，但他坚持着自己的想法。Moss不同意，他只能把它烧掉，和空间站一起爆炸，用自己的牺牲换来地球成功逃离。
三年后，人们的生活回归了正轨，他们制定了更加宏伟的计划：流浪地球。
（由于影片里情节太多，记忆无法完全呈现，故可能会漏掉一些情节，只保留大题故事线）
印象最深的细节：在试图点燃木星时，救援队被允许通过联合政府播报一段录音，让其他队伍加入他们。以下是原话：
救援队的叔叔阿姨们，你们好。我叫韩朵朵，是一个初中学生，我们的救援队正在执行最后的救援任务。我现在很害怕，腿在止不住地发抖，我只能看着大家拼尽全力，我什么忙也帮不上！昨天老师还在问我们：“希望是什么？”在这之前，我根本不相信希望这种东西。但现在我相信，我相信希望是我们这个年代像钻石一样珍贵的东西！希望，希望是我们唯一回家的方向。回来吧，加入我们一起战斗！点燃木星，救回我们的地球！我们就在苏拉威西三号“转向发动机”控制中心，正在王磊上尉的指挥下行动。中国CN171-11救援队-韩朵朵播报完毕。
在大多数人都已经不抱希望，接受命运的时候，仅剩几个人在坚持，但他们相信希望，相信自己一定能回到家。听到了这段播报，很多人被触动了，在地球的各处，希望重新被点燃，无数辆车同时掉头，去帮助他们。那一刻，我能深切感受到希望的力量，感受到人类不想放弃，誓死拯救自己的家园。
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