Moonfall, ayın yörüngeden çıkıp, dünyaya doğru yaklaşması karşısında insanların yaşadıklarını konu ediyor. Dünya büyük bir tehlikeyle karşı karşıyadır. Gizemli bir güç Ay'ı Dünya çevresindeki yörüngesinden çıkıp, Dünya'ya doğru hareket etmeye başlamasına neden olur. Çarpışmanın gerçekleşmesine sadece haftalar kala NASA yöneticisi ve eski astronot Jo Fowler, dünyanın yaklaşmakta olan sonunu önlemek için bir çözümü olduğuna inanır. Ancak ona sadece astronot Brian Harper ve komplo teorisyeni K.C. Houseman inanır. Üçü, sevdiklerini geride bırakarak neredeyse imkansız olan bir yolculuğa çıkar. Onların kurtarma görevlerinde ay hakkında öğrendikleri, akıllarını alt üst edecek ve olaylara yepyeni bir ışık tutacaktır.