人類の居住可能な惑星を探して、何カ月もの間宇宙を旅していたNASAの宇宙探査船U.S.S.パロミノ号。クルーは船長のホランド、副長のチャールズ、科学者のデュラントとケイト、ジャーナリストのハリーの5人、そして小型ロボットのV.I.N.CENT.(ヴィンセント)。疲れ果てた乗組員を乗せて地球への帰路を急いでいた船は、史上最大級のブラックホールに遭遇する。
ブラックホールのすぐ近くには、20年前に消息を絶ったアメリカの超大型宇宙船シグナス号の姿があった。シグナス号は巨大な引力を持つブラックホールの間近にいながらも、それに引き込まれずに宇宙空間を平然と漂っていた。ブラックホールの引力に翻弄されながらも、なんとかシグナス号の船内に侵入したパロミノ号の一行。彼らの前に現れたのは、銀色の仮面と黒装束に身を包んだヒューマノイド達と、不気味な赤いロボットマクシミリアン、そして天才科学者にしてシグナス号の唯一の生き残り、ラインハート博士だった。
一行を出迎えたラインハート博士は、シグナス号で起きたこれまでの出来事を語った。今から20年前、シグナス号が流星群によって破損した際に88名の乗組員たちは緊急用シャトルで脱出。ラインハート博士と共に残ったケイト博士の父親はすでに死亡。ラインハート博士は反重力装置と、博士の手足となって働くヒューマノイドやマクシミリアンを開発し、一人ブラックホールの研究を続けていたのだった。
船内を探検していたV.I.N.CENT.は、旧式のおんぼろロボットBO.B.(ボブ)に出会い、20年前の恐ろしい真実を知る。それは、ブラックホールを探検するという危険な探求心のために、ラインハートがケイト博士の父親を殺害、残った乗組員たちをヒューマノイドに改造し、シグナス号を乗っとったというものだった。V.I.N.CENT.からその話を聞かされた乗組員はパロミノ号で脱出しようとするが、デュラント博士はマクシミリアンに殺害され、ケイト博士はラインハートの命令で病院(ヒューマノイドの製造室)へと連行されヒューマノイドに改造されそうになったが、開始直後にホランドらによって救出された。
船長たちは脱出を急いだものの、ハリーにパロミノ号を乗っ取られてしまい、その船もシグナス号からの攻撃で破壊されてしまう。そこでブラックホール至近調査用の探査船で脱出を図ろうとするが、ラインハートの命令を受けたロボット警備兵と銃撃戦となり、その行く手を阻まれた。そこに流星群が迫り、シグナス号を直撃。シグナス号は徐々に船体を破損させながらブラックホールの超重力に分解され始め、動力炉までが破壊されて航行不能に陥ってしまった。脱出しようとしたラインハートは船の部品の下敷きになり動けなくなる。
立ちふさがるマクシミリアンをかろうじて倒したシグナス号の乗員たちは、ラインハートが解明したブラックホール突破用のコースにプログラミングされた小型探査船に乗り込んだ。
一方、シグナス号に閉じ込められたラインハートは、宇宙空間を漂っており、同じく宇宙空間に放り出されたマクシミリアンと同一化してしまう。そこは地獄をイメージする炎の燃えさかる謎の空間であった。
小型探索船に乗り込んだ一行は、重力圏を離脱するのではなく、ラインハートがセッティングしたブラックホール内部へのコースに突入して行くことになる。