Vuonna 2020 NASA on onnistunut lähettämään retkikunnan Mars-planeetalle. Avaruusalus, jonka päällikkönä toimii Luke Graham laskeutuu turvallisesti punaiselle planeetalle. Mutta Marsin pinta kätkee pelottavan salaisuuden, joka syöksee avaruusmatkaajat tuhoon ja kuolemaan. NASA sieppaa Grahamin lähettämän arvoituksellisen sanoman, jonka seurauksena Marsiin lähetetään uusi retkikunta etsimään mahdollisia eloonjääneitä. Lähes epäinhimillisten vaikeuksien jälkeen alus saapuu määränpäähänsä - vain tehdäkseen henkeäsalpaavan löydön... Operaatio Mars paneutuu perustavaalaatua oleviin kysymyksiin: Miten elämä on alun perin syntynyt ja myös miten planeettojen historia on muotoutunut.