История открывается 20 июля 1969 года в доме астронавта Джима Ловелла (Том Хэнкс). Джим и ряд других семей НАСА собрались, чтобы посмотреть, как астронавты «Аполлона-11» гуляют по Луне. Немного позже Джим вспоминает о том, как близко он подлетел к Луне во время миссии «Аполлон-8», но так и не смог ее достичь. Он мечтает о том, что однажды его нога ступит на Луну.
Проходит несколько месяцев и Джиму сообщают, что из-за ушной инфекции одного из членов экипажа «Аполлон-13», теперь в космос отправится он и его команда. Жена главного героя, Мэрилин, насторожена, но Джим уверен в успехе.
Джим работает со своими членами команды Фредом Хейзом (Билл Пэкстон) и Кеном Маттингли (Гари Синиз), и эти трое, похоже, хорошо подготовлены к своей миссии.
За несколько дней до миссии поступает информация о том, что один из членов экипажа прошлой команды заболел корью. Кен Маттингли до этого не переносил эту болезнь, а значит о подвергал серьезному риску всю операцию. Джиму предоставили выбор: либо он меняет Кена Маттингли на своего резервного сотрудника Джека Свигерта, либо весь экипаж летит позже. Главный герой очень сожалеет о своем выборе, но все-таки решает заменить Кена.
Экипаж продолжает тренироваться на симуляторе, хотя они не настолько уверены в навыках пилотирования Джека, как Кена. Несмотря на это, Джим обещает, что все пройдет успешно.
В день запуска Кен с расстояния наблюдает, как ракета взлетает, а Мэрилин Ловелл и жена Фреда Хейза, Мэри (Трейси Райнер), присутствуют возле места запуска.
Команде удается успешно состыковать Лунный модуль. Навыки пилотирования Свигерта полностью соответствуют поставленной задаче. Следующим шагом должен стать полет к Луне.
Вскоре, когда полет перешел в ту фазу, где ненужно особо следить за ним, Джиму Свигерту предлагается переместить кислородные баллоны. Внезапно раздаётся громкий хлопок, и корабль начинает выходить из-под контроля.
Управление полетами НАСА с Земли пытается решить возникшую проблему. Астронавты узнают о том, что космический корабль выпускает кислород и если они ничего не предпримут, то очень скоро погибнут. При этом, если закрыть все топливные элементы (чтобы сохранить кислород) до Луны никак не добраться. Когда в кабине остается кислорода ровно на пятнадцать минут, астронавты и вся информация очень быстро передается в Лунный модуль, чтобы использовать его в качестве спасательной шлюпки.
В конце концов команда находится в безопасности в Лунном модуле, а контроль полностью восстановлен. Теперь центр управления полетами НАСА пытается найти способ вернуть астронавтом на Землю как можно скорее и безопаснее. Сначала приходить мысль о том, чтобы просто включить двигатель и долететь (но неизвестно, поврежден ли модуль после взрыва). Поэтому принимается решение о том, чтобы пустить команду вокруг Луны, а дальше они самостоятельно притянутся домой (только в конце нужно будет немного включить двигатель).
На корабле экипаж переходит на темную сторону Луны и вскоре возвращается обратно. Хотя Хейз и Свигерт взволнованы, увидев место приземления внизу, а Джим представляет, как он идет по поверхности Луны, главный герой сообщает им, что сейчас все еще нужно подготовиться к возвращению домой.
Именно в это время люди из центра управления полетами определяют, что на корабле осталось только сорок пять часов энергии, а значит домой долететь не хватит. Правда данная информация была получена в условиях испытаний, поэтому Джон Аарон требует перепроверки сведений.
Кен Маттингли, находящийся в это время на Земле, начинает усердно работать и ставить опыты в тренажерах, чтобы точно определить, хватит ли его товарищам энергии, чтобы вернуться домой. Он требует, чтобы ему создали точно такие условия, в которых находятся астронавты в данный момент.
В это время обнаруживается еще одна проблема: три человека в лунном модуле создают гораздо больше углекислого газа, чем потребляют кислорода. Никаких фильтров не хватит, чтобы держаться долго. Кроме того, в модуле присутствуют фильтры круглого образца, а герои взяли с собой только квадратные (из старой ракеты). Астронавтам буквально на ходу приходится изобретать импровизированные фильтры.
После этого команда решает выполнить «ручной прожиг», чтобы скорректировать траекторию полета обратно на Землю. Джим и другие астронавты проводят труднейшие тридцатисекундный «прожиг», который завершается успехом.
После этого Джим с командой с нетерпением начинают ждать процедуры повторного входа. Но подготовка на Земле все еще идет (хоть и находится на финальных стадиях). Все нагреватели пришлось отключить, чтобы сохранить энергию, а поэтому астронавты начинают постепенно замерзать.
Кен приходит к выводу, что часть оставшейся мощности команда может передать в командный центр, чтобы он произвел процедуру обратного входа. Даже несмотря на то, что часть мощности, при передаче, само собой, потеряется.
Кен объясняет товарищам, как нужно действовать. Герои создают импровизированный дополнительный балласт, чтобы придать больше веса.
Затем экипаж отбрасывает служебный модуль с корабля. Когда герои улетают, они комментируют все, что видят. У астронавтов возникает очередная проблема, они боятся, что просто могут сгореть, при входе в атмосферу (потому что защитный слой корабля поврежден).
В конце концов все готово к повторному входу. Весь мир замер. Он ждет исхода. Смогут ли трое мужчин вернуться домой?
Когда герои начинают возвращаться домой, контакт с ними теряется. Чтобы выйти из темной стороны Луны потребуется приблизительно три минуты. Однако через три минуты никто не выходит на связь. Астронавтам удается установить контакт лишь спустя четыре с половиной минуты. Они сообщают, что все находится в полном порядке.
В голосе за кадром Джим объясняет, что их миссия называлась «успешный провал», поскольку они благополучно вернулись, но не добрались до Луны. Также установлено, что причиной взрыва была поврежденная катушка в взорвавшемся кислородном баке, которая была определена как «незначительный дефект» за два года до того, как Ловелл был назначен капитаном корабля.
Отзывы