Mystiske elektriske hændelser truer menneskeheden. De kan spores til projekt Lima, der ledte efter intelligent liv i rummet. Astronauten Roy McBride siger ja til at afdække sandheden om det 30 år gamle projekt, der blev iværksat af hans legendariske far - og som siden er forsvundet. Hvad venter McBride i rummet, og er hans far stadig i live?
The Midnight Sky beskrives som en post-apokalyptisk fortælling, hvor vi følger Augustine (George Clooney) – en ensom videnskabsmand i Arktis – i hans bestræbelser på at forhindre Sully (Felicity Jones) og hendes astronaut-kolleger i at vende hjem til en mystisk, global katastrofe.
En mission i rummet truer med at ende katastrofalt da ilt-tilførelsen til rumskibet svigter. Det står klart at der ikke er ilt nok til alle tre astronauter, og eneste løsning er at en af besætningsmedlemmerne begår selvmord. Men hvem?
