Chuyện phim Moonfall đặt ra giả thuyết về một nguồn năng lượng bí ẩn đánh bật Mặt Trăng khỏi quỹ đạo quay xung quanh Trái Đất như hiện tại, báo hiệu một cuộc va chạm đe dọa trực tiếp đến sự sinh tồn của loài người. Một vài tuần trước khi đại thảm họa xảy ra, một chuyên viên của NASA, cựu phi hành gia Jo Fowler (Halle Berry) đột ngột tuyên bố cô đang nắm giữ chìa khóa để cứu sống nhân loại, nhưng chỉ có người đồng đội cũ Brian Harper (Patrick Wilson) và nhà lý luận K.C Houseman (John Bradley) tin tưởng vào lời khẳng định táo bạo này. Những người anh hùng đơn thân độc mã này bỏ lại tất cả những người mình yêu thương nhằm thực hiện một cuộc phiêu lưu liều lĩnh vào không gian, để rồi phát hiện ra những bí mật khủng khiếp ở mặt tối của Mặt Trăng.