這個影片不太容易看懂，它是由三條主線平行推進，聯合政府對“移山計劃”的堅決推進；劉培強在領航員任務中成長；圖恆宇執着在女兒丫丫的數字生命裏。這三條線最讓人看不懂的就是圖恆宇，關於數字生命計劃。
災難開始於太陽的氫元素加速轉變爲氦元素，氦元素聚集太快就會發生劇烈氦聚變，叫氦閃。之後太陽會變成紅巨星吞沒地球。
爲了拯救地球，人類啓動“移山計劃”工程，第一步是在地球上安裝一萬臺發動機，每一臺發動機像一座巨大的環形宮殿，中間發出耀眼的藍白光衝向天空，想象一萬臺的功率有多大，然後讓地球慢慢停止自轉。同時還要在月球上安裝發動機，讓月球離開地球，放逐月球，稱爲“脫月計劃”。
在地球和月球之間爲了傳送人與物資，於是修建了一條太空電梯。第一次震撼是劉培強、韓朵朵還有一個老外的承重力測試，各種的不屑、調侃和曖昧。劉培強對韓朵朵一見鍾情，在準備鮮花表白時發生了反派者的入侵（如果給劉培強完整的表白過程就沒意思了），但顯然表白成功。在接下來的打鬥中只顯示劉培強很負責任，把韓朵朵關好，而沒有展示出劉培強強大的格鬥能力。
密集的敵方無人機射擊竟然沒有一個人中彈身亡，連流血都沒有。不過敵方發射的導彈和太空電梯的追逐還是非常刺激，有一臺電梯被引爆，空間站也被擊落從天空重重的摔在地上。這時人類的失望達到了極點，除了中國沒有其他國家支持“移山計劃”。中國要憑一己之力在地球和月球上各建造一臺行星發動機，而且要趕在太陽活動窗口期內完成，只有用成果來說服全世界。
然而就在要試點火的關鍵時間，太陽風暴提前來臨，毀掉控制系統的量子計算機550C的不是太陽風，而是安全扣（成就一件事需要付出巨大，而毀掉很容易），這時要圖恆宇閃亮登場了。
圖恆宇是數字生命計劃的技術員，一直堅持數字技術（懷疑他與反派組織有聯繫）。在一次車禍中，他自己開車的一個充滿愛意的轉頭害死了妻子和女兒。他希望把女兒的數據導入計算機成爲數字生命（懷疑他爲什麼不把妻子的一塊導入）。而550A只能給女兒2分鐘的生命，圖恆宇想要的是完整的一生，也就是70歲。沒有老師的支持，只靠他一個人無法取得技術突破。這時需要550A取代550C ，圖恆宇就有了談判的籌碼，要求老師馬兆同意支持生命數字計劃，馬老師在緊急關頭似乎同意了他的請求。550A在完成艱鉅任務後壯烈犧牲。同時，地球發動機在經過黑屏、地球的顫抖後也宣佈實驗成功。於是聯合政府一片歡騰，所有國家都開始支持“移山計劃”。
劉培強如果正式擁有領航員正式編制，就可以不用抽籤帶兩名家屬進入地下城。而他的妻子韓朵朵生下兒子後，染上了輻射病，只能活83.3天（懷疑人的生命可不可以精確計算），只能是姥爺帶着外孫進入。此時的計算機已經升級到550W，反着看是MOSS。圖恆宇把女兒的生命數據上傳後，引發了月球發動機過載爆炸，從而導致月球直接撲向地球。在此危機時刻，全人類需要精誠合作。這時周老師發表激盪人心的一萬五千年的股骨頭癒合演說。人在原始環境下大腿骨斷了只能等死，而能癒合需要有人陪伴，需要有人提供食物，需要幾個月的安靜修養，然而這些都做到了。人類只有團結才能發展。
於是大家都拿出所有核武器運到月球，砸爛月球，避免月球撞向地球。運輸核彈沒用空中電梯，而是開飛機運過去。劉培強當然得去運核彈，然而飛行器被隕石破壞，看來他只能等死，把國外隊友送走後，一個人完成任務後，在月球看星星。
接下來的任務是核彈解碼需要時間，最快的方法只能是人工完成。這項送死的任務，志願者不斷的舉手。而中國老宇航員張鵬關鍵時刻做出了50歲以上中國宇航員出列的命令，然後是俄羅斯……。不確定的犧牲我們無法決定，確定性的犧牲老年人優先。在準備引爆的一刻，老宇航元又把劉培強送上俄羅斯航天器。
又是關鍵時刻完成了關鍵性的任務。
接下來是地球需要聯網，網絡總部在北京，任務由圖恆宇和馬老師完成。馬老師在臨行前的遺言是一個∞符號，可能的意思是人類文明不朽。圖恆宇什麼都沒寫。在執行任務時，月球隕石把馬老師砸倒了，臨死前說“沒有人的文明毫無意義”。圖恆宇在忙亂中被水淹沒，服務器進度到了97%，地球發動機點火的時間越來越近，留給地球的時間已經不多了，而周老師堅定的要求在倒計時結束就點火。於是在按下點火器的一瞬間……，圖恆宇在數字生命裏與女兒相遇，父女倆沒高興一會，就一起輸入密鑰，啓動根服務器。順利進行了點火，大家在慶祝這一偉大時刻，也將“移山計劃”改名爲“流浪地球”計劃。
在MOSS與數字生命的圖恆宇對話中知道，似乎一切災難危機都是MOSS所製造。圖恆宇不是死亡，而他只是一個變量，似乎所有的事件都有一個無形的手在操控。電影中周老師有時會凝望一個閃着紅點的攝像頭，那也是量子計算機在暗中觀察。數字無處不在，我們是無窮多數據的一個變量。