In naher Zukunft wird die Erde mit schwerwiegenden Umweltproblemen konfrontiert sein, darunter Erntefäule und weit verbreitete Dürren, die das Überleben der Menschheit gefährden. Eine Gruppe von Astronauten unter der Leitung von Cooper, einem ehemaligen NASA-Piloten, wird auf eine Mission durch ein Wurmloch in der Nähe von Saturn geschickt, um nach einem neuen bewohnbaren Planeten für die Menschheit zu suchen.
Cooper reist zusammen mit den Wissenschaftlern Amelia Brand, Romilly, Doyle und TARS (einem empfindungsfähigen Roboter) durch das Wurmloch und entdeckt mehrere potenziell bewohnbare Planeten. Sie unterliegen verschiedenen Herausforderungen, einschließlich der Zeitdilatation, die dazu führt, dass sie im Vergleich zur Erde eine andere Zeitspanne erleben. Cooper sieht sich auch mit persönlichen Problemen konfrontiert, da er mit der Möglichkeit ringt, seine Kinder nie wieder zu sehen.
Während die Astronauten verschiedene Planeten erkunden, stoßen sie auf verschiedene Phänomene, darunter Eiswelten, Wasserwelten und einen Planeten mit extremer Zeitdilatation. Sie entdecken auch Hinweise auf eine frühere menschliche Zivilisation, die ein fortgeschrittenes technologisches Niveau erreicht hatte. Schließlich findet sich Cooper in einem Tesserakt wieder, einem fünfdimensionalen Raum-Zeit-Kontinuum, wo er Zeuge von Ereignissen aus seiner eigenen Vergangenheit und Gegenwart wird.
Durch die Führung einer zukünftigen Version von Murph, Coopers Tochter, die auf der Erde geblieben ist, erkennt er, dass der Zweck der Mission nicht nur darin besteht, einen neuen Planeten zu finden, sondern auch die Grenzen der menschlichen Existenz zu überwinden und die Fähigkeit zu erlangen, die Schwerkraft zu manipulieren. Cooper nutzt sein neu gewonnenes Wissen, um den Tesserakt zu manipulieren und sendet eine Nachricht an Murph, die es der Menschheit ermöglicht, auf der Erde zu überleben.
Interstellar erforscht Themen wie Liebe, Familie, Opferbereitschaft, wissenschaftliche Erforschung und die Natur von Zeit und Raum. Es kombiniert Science-Fiction-Elemente mit emotionalem Geschichtenerzählen und präsentiert eine komplexe und zum Nachdenken anregende Erzählung.