W Moonfall tajemnicza siła wybija Księżyc z orbity wokół Ziemi i posyła go na kurs kolizyjny z życiem, jakie znamy. Zaledwie kilka tygodni przed uderzeniem i światem na krawędzi unicestwienia, dyrektor NASA i była astronauta Jo Fowler jest przekonana, że ​​ma klucz do ocalenia nas wszystkich – ale tylko jednego astronautę z jej przeszłości, Briana Harpera i teoretyka spiskowego K.C. Houseman jej wierzy. Ci nieprawdopodobni bohaterowie wyruszą w niemożliwą ostatnią misję w kosmos, pozostawiając w tyle wszystkich, których kochają, tylko po to, by przekonać się, że być może przygotowali się na niewłaściwą misję.