Два астронавта, Бауэр и Пейтон, выходят из анабиоза, не помня о том, кто они, что должны делать и что случилось с 60,000 пассажирами их корабля Элизиум. Они не имеют доступа к капитанскому мостику, не могут связаться с другими членами экипажа, в том числе с командой управления полётом, которую они должны сменить на посту. Изучая под руководством Пейтона корабль, Бауэр разговаривает с Пейтоном о Пандоруме, психическом расстройстве, вызванном длительным пребыванием в состоянии гиперсна (анабиоза), его симптомах и последствиях, в числе которых паранойя, яркие галлюцинации и склонность к убийству.
Исследуя корабль, Бауэр обнаруживает мёртвые тела и быстро движущиеся человекоподобные создания. Сбегая от одного из таких существ, Бауэр встречается с другими выжившими людьми (Мэн и Надиа), и они вместе пытаются добраться до ядерного реактора. Реактор выйдет из строя, если Бауэр не успеет его перезапустить. В поисках реактора группа встречается с ещё одним выжившим, который рассказывает им историю о том, что произошло до их пробуждения. Их миссия — отчаянная попытка спасти человечество. С Земли, страдающей от перенаселенности, в 123-летнее путешествие к похожей на Землю экзопланете Тонис для создания человеческой колонии был направлен космический корабль с пребывающими в анабиозе поселенцами и командой. Когда корабль принимает последнее сообщение с Земли, сообщающее экипажу, что Земли больше нет и что они последние выжившие, один из трёх бодрствующих членов экипажа сходит с ума, убивает двух других членов экипажа, а затем, изображая из себя Бога, выводит из анабиоза большую часть пассажиров и ничего им не рассказывает о произошедшем. Когда ему наскучивает подобное времяпрепровождение, он погружается обратно в анабиоз, оставив команду в безвестии. Генетические модификаторы, полученные каждым членом экипажа перед началом миссии (для быстрой адаптации к условиям планеты), в итоге адаптируют их к кораблю, превращая в монстров-каннибалов, с которыми и столкнулись Бауэр и другие выжившие. Рассказав об этом, этот выживший отравляет их газом. После пробуждения они закованы в цепи, а выживший собирается употребить их в пищу.
Тем временем, Пейтон обнаруживает ещё одного члена команды — Галлоу, который открывает ему, что входил в экипаж, получивший сообщение о гибели Земли. О том, что произошло после, Галлоу даёт противоречивые сведения, из которых мы узнаём, что у двух других членов экипажа Галлоу начался Пандорум, и ему пришлось убить их, чтобы выжить. В настоящий момент большая часть населения судна либо мертвы, либо мутировали.
Бауэру удаётся убедить выжившего в необходимости перезагрузки реактора судна. Группа добирается до реактора и успешно его перезапускает. Проходя через зону, где в состоянии гиперсна пребывают пассажиры судна, Бауэр видит камеру жены Пейтона, и его воспоминания теперь позволяют понять, что Пейтон не тот, за кого себя выдаёт. Пейтон — это на самом деле Галлоу, «Галлоу», как видит зритель, — это просто часть сознания Пейтона, а человек, называющий себя Пейтоном — на самом деле постаревший Галлоу, поддавшийся в своё время Пандоруму и убивший двух других членов экипажа. Корабль, на самом деле, давно достиг пункта назначения и сел на дно моря. (В бортжурнале есть запись о 923-м году миссии.) Затем Бауэр борется с Пейтоном/Галлоу и одновременно с симптомами Пандорума, вследствие чего случайно повреждает корпус корабля. Вода начинает проникать внутрь судна, что приводит к смерти Пейтона/Галлоу. Бауэр с Надией успевают эвакуироваться с корабля в камере для анабиоза. Вследствие повреждения корпуса корабля компьютер начинает экстренную эвакуацию, выбрасывая оставшиеся 1211 пребывающих в анабиозе поселенцев. Эти выжившие могут начать строить свои поселения, выполнив тем самым свою миссию. Первый год человека на Тонисе начался. Популяция человечества составляет 1213 человек.
[600x399]