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Lunar fala sobre Sam. Ele fora contratado por uma empresa chamada Lunar Industries para um contrato de 3 anos de trabalho na estação de mineração na Lua. Mantendo os sistemas que extraem um composto chamado Helio-3 que é uma fonte considerada limpa de combustível. Os sistemas mineram a superfície e processam o composto e depois o mesmo é lançado para a Terra.
Sam está há três semanas do final do contrato e com isso, está próximo de voltar para a Terra. Durante esse período de isolamento, a única companhia que Sam teve é um computador chamado GERTY, que é um auxiliar do mesmo e é basicamente uma caixa com um braço mecânico, com voz e apenas um display pequeno que mostra variações de um smile, para demonstrar emoções. A maior motivação de Sam é reencontrar sua esposa e ver sua filha pequena, pois ela nasceu pouco tempo depois da sua ida para a Lua. As mensagens que ele envia para Terra não são respondidas e ele convive com as lembranças passadas. Sam começa a achar que está alucinando devido ao isolamento prolongado e se qustiona se está são ou não. Durante um momento fora da estação, um acidente acontece e Sam tem uma revelação que vai mudar todo seu ponto de vista sobre o trabalho e até sobre sua vida.
Além disto, para não deixar que a solidão o afundasse numa depressão severa, Sam começou a bater altos papos com GERTY, que é dotado de inteligência artificial (voz de Kevin Spacey). Ainda arrumou um jeito de ocupar sua cabeça na construção de uma maquete da cidade onde morava, e no cultivo de plantas numa pequena estufa, com as quais também troca umas idéias.
Lunar ainda abre espaço para algumas indagações: Até que ponto nossas memórias definem quem somos? Há um limite a partir do qual a natureza humana pode ser explorada? Cabe a quem decidir se a liberdade de um homem será sacrificada em prol de um "bem maior"? Quando o emprego "extremo" da engenharia genética se torna válido? Entre muitas outras, que caberá a cada espectador extrair do longa.