Робинсоны покидают Землю, чтобы поселиться в человеческой колонии у Альфы Центавра. Морин, опытный инженер, тщательно готовит семью к перелёту, но её расчёты оказываются бесполезны после нападения на корабль «Резолют». Вместе с мужем Джоном и тремя детьми она эвакуируется на «Юпитере-2». Небольшой корабль падает на неизвестную планету, где выжившим угрожают холод, нехватка топлива и незнакомая природа. Младший сын Уилл обнаруживает повреждённого инопланетного робота и помогает ему выбраться из опасной ситуации. Машина неожиданно начинает слушаться мальчика и защищает его от угроз. Родители опасаются, что незнакомое существо может навредить семье, но без его помощи выбраться с планеты будет значительно труднее. Старшая дочь Джуди оказывает медицинскую помощь пострадавшим, а Пенни пытается разобраться в отношениях с новыми спутниками. Среди спасшихся оказывается Дон Уэст, хорошо разбирающийся в технике, и загадочная доктор Смит. Женщина старается казаться полезной, хотя на самом деле скрывается под чужим именем. Её настоящее имя Джун Харрис, и ради места на «Резолюте» она пошла на обман. Джун вмешивается в решения Робинсонов, использует их страхи и пытается получить контроль над роботом. Из-за её поступков семья не раз оказывается на грани гибели. После трудного побега Робинсоны узнают, что быстрые межзвёздные перелёты стали возможны благодаря похищенной у инопланетян технологии. Именно за двигателем охотятся чужие роботы. Вместо безопасной колонии «Юпитер-2» переносится в неизвестную звёздную систему. Семья вынуждена пережить долгие месяцы на новой планете и придумать, как снова запустить корабль. Добравшись до «Резолюта», Робинсоны сталкиваются с новыми опасностями. Выясняется, что люди использовали пленённого робота по имени Пугало для управления двигателем. Уилл хочет помочь ему, но руководство экспедиции заботится прежде всего о продолжении перелёта. Когда на корабль прибывают враждебные машины, становится понятно, что защитить всех пассажиров невозможно. Джон и Морин помогают отправить детей на другом корабле, а сами остаются вместе с Доном. Уилл, Джуди, Пенни и ещё десятки детей оказываются вдали от родителей. Сигнал, который они приняли за указание пути к Альфе Центавра, приводит их к исчезнувшей «Фортуне». Джуди узнаёт, что на борту находится её биологический отец Грант Келли, много лет считавшийся пропавшим. Пока она пытается спасти участников старой экспедиции, Уилл с роботом исследуют руины цивилизации, которая когда-то создала разумные машины. Уилл понимает, что роботы могут принимать собственные решения, несмотря на заложенные в них приказы. Но САР, один из самых опасных представителей их вида, уверен, что человечество должно быть уничтожено. Он преследует мальчика, видя в его дружбе с роботом угрозу. После долгой разлуки семья воссоединяется, однако САР нападает на Уилла и повреждает его сердце. Родителям удаётся спасти сына, установив искусственный орган. Робинсоны наконец достигают колонии на Альфе Центавра, но вместе с ними туда приходит опасность. САР собирает армию роботов и намерен использовать инопланетный двигатель для уничтожения планеты. Пока взрослые готовят оборону, Пенни находит способ помочь повреждённым машинам и показывает, что они способны отказаться от приказов САР. Уилл пытается убедить остальных роботов прекратить войну. Когда искусственное сердце Уилла начинает отказывать, его робот отдаёт собственную энергию, чтобы спасти друга. Кажется, что машина погибла, но в решающий момент обнаруживается, что она перенесла часть себя в сердце мальчика. САР пытается снова убить Уилла и тем самым позволяет роботу перейти в своё тело. Нападение останавливается, а инопланетные машины получают возможность самим определять свою судьбу. После победы колонисты восстанавливают разрушенное поселение. Джон и Морин вновь живут вместе с детьми, Джуди продолжает помогать больным, а Пенни записывает историю семейных путешествий. Дон участвует в строительстве нового корабля. Джун больше не скрывает свои преступления и принимает наказание. Уилл прощается с родными перед новым путешествием: теперь он собирается исследовать неизвестные миры вместе с роботом, которому когда-то спас жизнь.
