Augustine (George Clooney) è uno scienziato che, da solo nell'Artico, cerca di mettersi in contatto con una navicella spaziale che sta tornando sulla Terra.
The Midnight Sky ha iniziato una distribuzione limitata nelle sale l'11 dicembre 2020, prima di essere distribuito su Netflix il 23 dicembre. Ha ricevuto recensioni contrastanti da parte della critica, ma è stato nominato uno dei dieci migliori film del 2020 dal National Board of Review. Alla 93ª edizione degli Academy Awards, il film è stato nominato per i Migliori effetti visivi, ma ha perso contro Tenet.
Augustine Lofthouse, un accademico solitario, ha dedicato la sua vita a trovare pianeti abitabili dove l'umanità possa espandersi. Nel presente, incontra Jean Sullivan dopo aver tenuto una presentazione a un gala e i due iniziano una relazione romantica. Dopo uno spavento per una gravidanza, Sullivan lo lascia a causa della sua ossessione per il lavoro e della sua incapacità di legare con altri esseri umani. Alcuni anni dopo, quando Lofthouse la incontra di nuovo, lei gli dice che hanno una figlia, che lui sceglie di non conoscere.
Trent'anni dopo, nel 2049, un disastro imprecisato ha spazzato via la maggior parte della popolazione della Terra e ha lasciato la superficie contaminata da radiazioni ionizzanti. Lofthouse, ormai molto più vecchio, è l'unica persona che abita una grande base artica. Un recente flashback lo mostra mentre rifiuta di unirsi all'equipaggio di evacuazione con Mason Mosley, sapendo che non gli resta molto da vivere a causa di una grave malattia non identificata che richiede emodialisi e attrezzature mediche nella base. Cerca nei sistemi informatici della base missioni spaziali attive con equipaggio per avvisare della situazione sulla Terra e ne trova solo una: l'astronave interplanetaria Aether, di ritorno da un'esplorazione della luna abitabile di Giove K-23, scoperta da Lofthouse.
Nel frattempo, l'equipaggio di Aether è ignaro del disastro e crede di aver perso il contatto con la Terra a causa di sistemi di comunicazione difettosi. Lofthouse scopre che la sua antenna è troppo debole per contattarli, anche dopo aver calcolato che sono a portata di tiro.
Oltre al deterioramento della sua salute fisica, Lofthouse ha dei vuoti di memoria. Dopo un incendio in cucina, trova improvvisamente una ragazzina nascosta in cucina, che però non gli parla. Cerca di contattare gli altri sfollati per chiedere a qualcuno di andare a prenderla, ma nessuno risponde. La ragazza disegna un'iride e Lofthouse deduce che questo è il suo nome. Si affeziona alla ragazza e la porta con sé in motoslitta in un'altra base più a nord, dotata di un'antenna più grande e potente. Durante il tragitto, in un incidente, perde l'attrezzatura per la dialisi. Arrivato alla base, riesce a mettersi in contatto con Aether, ma un campo di asteroidi danneggia i sistemi radar e di comunicazione della nave.
Per riparare i danni, la specialista di missione Sully, attualmente incinta, e il suo partner, il comandante Adewole, effettuano una passeggiata spaziale con l'ingegnere di volo Maya. Riparano le comunicazioni e il radar, ma si trovano nel mezzo di un secondo campo di asteroidi che ferisce mortalmente Maya. Sully contatta Lofthouse, che le dice di non tornare sulla Terra a causa del disastro, ma di tornare su K-23 e iniziare una nuova vita lì. Il pilota di Aether, Tom Mitchell, si rifiuta, ma dopo aver scoperto le ultime parole della moglie e aver visto lo stato dell'atmosfera terrestre, capisce che è nell'interesse dell'equipaggio tornare sulla luna di Giove. Decide comunque di utilizzare uno dei due veicoli di rientro per tornare sulla Terra, sperando di ritrovare la sua famiglia che potrebbe essere stata evacuata in un luogo temporaneamente sicuro. Sanchez, che vedeva Maya come una seconda figlia, decide di accompagnarlo e di seppellire il suo corpo sulla Terra.
Nella sua ultima comunicazione con Lofthouse, Sully gli dice che è stato uno dei motivi per cui si è unita alla NASA. Lo ringrazia, dicendogli che sua madre Jean lo conosceva, poiché le aveva regalato una roccia lunare, e che il suo nome completo è Iris Sullivan. Lofthouse dice di conoscere già il suo nome, chiarendo che la ragazza che aveva visto non era reale. Quando gli viene chiesto come sia finito alla base da cui ha contattato Aether, risponde che pensava di poter "aiutare qualcuno" (lasciando intendere che il motivo per cui teneva traccia della missione di Aether non era solo perché aveva scoperto la luna verso cui andava, ma anche perché sapeva che Sully era sua figlia e che faceva parte di quella missione). Prima di andare a morire nel freddo e senza protezione, Lofthouse dice a Sully di essere orgoglioso di averla finalmente incontrata e Sully gli descrive K-23. A Sully e Adewole non resta altro che tornare al K-23 utilizzando una rotta fornita da Lofthouse.