Inom en snar framtid står jorden inför allvarliga miljöproblem, inklusive skörden och utbredda torka, som hotar mänsklighetens överlevnad. En grupp astronauter ledda av Cooper, en före detta NASA-pilot, skickas på ett uppdrag genom ett maskhål nära Saturnus för att söka efter en ny beboelig planet för mänskligheten.
Cooper, tillsammans med forskarna Amelia Brand, Romilly, Doyle och TARS (en kännande robot), reser genom maskhålet och upptäcker flera potentiellt beboeliga planeter. De genomgår olika utmaningar, inklusive tidsutvidgning, vilket gör att de upplever olika lång tid jämfört med jorden. Cooper konfronterar också personliga strider när han brottas med möjligheten att han kanske aldrig får träffa sina barn igen.
När astronauterna utforskar olika planeter möter de olika fenomen, inklusive isvärldar, vattenvärldar och en planet med extrem tidsutvidgning. De upptäcker också bevis på en tidigare mänsklig civilisation som hade nått en avancerad tekniknivå. Så småningom hamnar Cooper i en tesserakt, ett femdimensionellt rum-tidskontinuum, där han bevittnar händelser från sitt eget förflutna och nutid.
Genom ledning av en framtida version av Murph, Coopers dotter som stannade på jorden, inser han att syftet med uppdraget inte bara är att hitta en ny planet utan också att överskrida begränsningarna för mänsklig existens och få förmågan att manipulera gravitationen. Cooper använder sin nyvunna kunskap för att manipulera tesserakten och skickar ett meddelande till Murph, vilket gör att mänskligheten kan överleva på jorden.
Interstellar utforskar teman som kärlek, familj, uppoffring, vetenskapligt utforskande och tidens och rummets natur. Den kombinerar science fiction-element med känslomässigt berättande och presenterar en komplex och tankeväckande berättelse.