Ian Gray (Michael Pitt) es un biólogo molecular que estudia la evolución del ojo humano. Tras un breve encuentro con una exótica joven (Astrid Bergès-Frisbey), su trabajo invadirá su vida por completo.

A medida que sus investigaciones continúan junto a su compañera de laboratorio, Karen (Brit Marling), descubren algo sorprendente con implicaciones de amplio alcance que complican sus creencias científicas y espirituales.

Entonces, emprende un viaje por medio mundo, en el que arriesga todo lo que sabe para validar su teoría.