В 2067 году неурожай и пыльные бури угрожают выживанию человечества. Кукуруза — последняя жизнеспособная сельхозкультура. Мир также превратился в общество постправды, где молодым поколениям преподают идеи, что высадка Аполлона на Луну была сфальсифицирована. Овдовевший инженер и бывший пилот НАСА Джозеф Купер теперь занимается фермерством. С ним живет его тесть Дональд, 15-летний сын Том Купер и 10-летняя дочь Мёрф Купер. После пыльной бури странные пыльные узоры необъяснимым образом появляются на полу спальни Мёрф; она приписывает аномалию призраку. Купер в конечном итоге приходит к выводу, что узоры были вызваны изменениями силы тяжести и что они являются двоичным кодом географических координат. Купер следует по координатам до секретного объекта НАСА, возглавляемого профессором Джоном Брэндом, бывшим руководителем Купера. Профессор Брэнд говорит, что гравитационные аномалии происходят в разных местах. 48 лет назад неизвестные существа разместили кротовую нору возле Сатурна, открыв путь к далекой галактике с двенадцатью потенциально обитаемыми мирами, расположенными рядом с чёрной дырой Гаргантюа. Двенадцать добровольцев пролетели через червоточину, чтобы в одиночку исследовать планеты. Астронавты Миллер, Эдмундс и Манн сообщили о положительных результатах. Основываясь на их данных, профессор Брэнд разработал два плана для обеспечения выживания человечества. План A включает разработку теории гравитационного движения для продвижения колоний в космосе, а План Б — запуск космического корабля Endurance с 5000 замороженных человеческих эмбрионов для колонизации пригодной для жизни планеты.

Купер становится пилотом на Endurance. В состав команды входят ученые доктор Амелия Брэнд (дочь профессора Брэнда), доктор Ромилли, доктор Дойл и роботы ТАРС и КЕЙС. Перед отлетом Купер дает расстроенной Мёрф свои наручные часы, чтобы сравнить время, когда он вернется. Пройдя через червоточину, Ромилли изучает черную дыру, в то время как Купер, Дойл и Брэнд спускаются на челноке, чтобы исследовать планету Миллера, мир океана. Группа находит обломки корабля Миллера, затем гигантская приливная волна убивает Дойла и задерживает отправление посадочного модуля. Из-за близости черной дыры время значительно замедляется: в результате, когда Купер и Брэнд вернулись, для Ромилли на Endurance прошло 23 года.

На планете Эдмунда телеметрия немного лучше, в то время как Манн передает положительные данные. Купер приказывает использовать оставшееся топливо для полета на планету Манна. На планете Манна команда Endurance выводит его из криостаза. Тем временем Мёрф, теперь ученый, передает сообщение о том, что профессор Брэнд умер. Она узнала, что План А, требующий недоступных данных из черной дыры, никогда не был жизнеспособным. План Б всегда был единственным вариантом профессора Брэнда. Мёрф обвиняет Брэнда и Купера в том, что они знали, что оставшиеся на Земле были обречены. Ледяная планета Манна необитаема; он послал ложные данные, чтобы его спасли. Манн пытается убить Купера, затем сбегает на посадочном модуле и направляется на Endurance. Ромилли убита ловушкой, которую сделал Манн, и Брэнд и Купер мчатся на Endurance на другом корабле. Манн погибает во время неудачной ручной стыковки, серьезно повреждая Endurance. После трудного стыковочного маневра Купер восстанавливает контроль над поврежденным, но функциональным Endurance.

Из-за недостатка топлива, чтобы добраться до планеты Эдмундса, команда использует гравитационный манёвр так близко к Гаргантюа, что замедление времени добавляет еще 51 год. В процессе маневра Купер и ТАРС покидают корабль, чтобы уменьшить вес и гарантировать, что Endurance достигает планеты Эдмундса. Проскользнув сквозь горизонт событий Гаргантюа, они покидают корабль и оказываются внутри массивного тессеракта, построенного людьми будущего. В разные периоды времени Купер может наблюдать через книжные шкафы старой комнаты Мёрф на Земле и слабо взаимодействовать с гравитацией. Купер понимает, что он был «призраком» Мёрф и двигает секундной стрелкой наручных часов, которые он ей подарил, используя азбуку Морзе для передачи квантовых данных, собранных ТАРС внутри горизонта событий. Купера и ТАРС выбрасывает из тессеракта. Купер просыпается в космической среде обитания на орбите Сатурна, где он воссоединяется с пожилой Мёрф. Используя квантовые данные, присланные Купером, молодая Мёрф решила теорию гравитационного движения для Плана А, обеспечив человечеству переселение и выживание. На пороге смерти и рядом со своей семьей Мёрф призывает Купера вернуться к Амелии. Купер и ТАРС используют космический корабль, чтобы присоединиться к Амелии и КЕЙС на обитаемой планете Эдмунда.