Pada bulan Desember 1974, Kementerian Pertahanan Amerika Serikat mengontak awak misi Apollo 18 yang sebelumnya dibatalkan. Mereka memberitahu bahwa misi ini akan dilaksanakan, meskipun harus dirahasiakan. Komandan Nathan Walker, Letnan Kolonel John Grey dan Kapten Benjamin Anderson diluncurkan ke Bulan, secara resmi untuk mengumpulkan batu-batu bulan, tetapi misi sesungguhnya ialah untuk menempatkan detektor yang bisa memperingatkan Amerika Serikat dari setiap serangan (RBAB) Uni Sovyet.
Gray tetap berada di orbit roket Freedom sementara Walker dan Anderson mendarat di Bulan dengan modul Liberty. Sementara mereka menempatkan salah satu detektor, mereka juga mengambil sampel batu-batuan aneh. Ketika mereka mencoba untuk tidur, kedua orang itu mendengar suara-suara di luar dan kamera merekam gambar bagaimana batu-batu kecil bergerak di dekatnya. Houston mengklaim bahwa suara adalah gangguan dari detektor RBAB. Anderson menemukan sampel batuan di lantai Liberty walaupun dia percaya sudah menyimpan sampel dengan baik. Selama penjelajahan lebih lanjut mereka menemukan jejak kaki yang membawa mereka ke modul pendaratan Bulan Uni Sovyet. Mereka bisa memasuki modul pendaratan tersebut, dan mereka menemukan bahwa modul itu masih fungsional tapi di dalamnya ditemukan banyak darah. Anderson lalu pergi menuju ke kawah gelap dan menemukan seorang kosmonaut mati. Walker lalu bertanya kepada pusat komando di Houston mengenai keberadaan Uni Sovyet di Bulan, tetapi pertanyaannya tidak digubris dan ia hanya mendapat perintah untuk melanjutkan mereka.
Sehari selanjutnya, kedua astronaut ini melihat bahwa bendera Amerika yang mereka pasang telah hilang. Karena misi mereka sudah selesai, maka kedua orang ini mempersiapkan diri untuk meninggalkan Bulan. Tetapi peluncuran modul harus dibatalkan karena Liberty bergetar kencang. Setelah diperiksa ternayata modul bulan ini mengalami banyak kerusakan dan di sekitar modul terdapat jejak-jejak non-manusia. Walker menyatakan bahwa jejak-jejak ini adalah bukti adanya kehidupan non-bumi. Lalu Walker merasa ada sesuatu yang bergerak di dalam pakaian luar angkasa dan helmnya. Ia menjadi panik melihat ada semacam makhluk yang mirip laba-laba merangkak di mukanya. Anderson lalu menemukan Walker tergeletak pingsan. Anderson lalu membawa Walker masuk ke Liberty. Setelah ia siuman lagi, Walker menyangkal semuanya. Tetapi ia berdarah banyak, ternyata ada batu Bulan yang masuk ke tubuhnya. Batu ini lalu dikeluarkan oleh Anderson. Mereka lalu mencoba mengontak Bumi atau Freedom namun tidak bisa. Walker yang menggigau lalu berusaha merusak kamera yang terdapat di dalam Liberty. Yang ia rusak akhirnya malahan sistem pemandu dan akibatnya tekanan udara menurun. Sehingga peluang satu-satunya untuk mereka ialah modul Bulan Uni Sovyet. Lalu mereka memutuskan untuk pergi ke sana dengan lunar rover.
Anderson lalu menduga bahwa maksud sejati untuk memasang detektor RBAB ini ialah untuk memancing para alien ini. Walker nampak kesakitan karena lukanya terinfeksi dan ia menjadi paranoid. Kamera di dalam Liberty merekam gambar bahwa batu-batu Bulan bergerak dan dengan ini ternyata batu-batu tersebut merupakan alien.
Dalam perjalanan ke modul Bulan Sovyet, Walker menjadi gila dan menyebabkan lunar rover terhenti. Ia menggigau dan berkata bahwa ia harus ditinggalkan di Bulan karena terinfeksi dan tidak mau mengambil risiko menulari orang Bumi. Walker pergi ke tempat kawah. Anderson mengejarnya, namun ketika melihat bahwa batu berubah menjadi parasit, ia melarikan diri ke modul Bulan Sovyet. Ia berhasil sampai dan bisa masuk. Setelah masuk di modul Bulan, Walker sampai dan mengetok jendela ingin masuk tetapi tidak diperkenankan oleh Anderson. Setelah itu Walker mengamuk dan ingin memecah kaca dan memaksa masuk. Namun sebelum niatnya terlaksana, mukanya meledak oleh serangan parasit.
Setelah itu Anderson mencoba menghubungi Bumi, namun yang terhubungi ialah pusat komando Sovyet. Orang Sovyet menghubungkannya dengan Houston. Oleh Houston ia tidak diperkenankan kembali ke Bumi karena dianggap akan membahayakan kesehatan penduduk Bumi. Namun ia mengotot dan berusaha mengontak Freedom dan meluncur ke atas. Namun ketika sampai di atas, ternyata modul Bulan Sovyet membawa banyak batu-batuan Bulan yang mengambang karena kurangnya gaya gravitasi dan mulai menyerang Anderson. Anderson tidak bisa mengendalikan modul Bulan Sovyet dan menabrak Freedom. Keduanya lalu meledak.
Rekaman lalu berhenti dan menunjukkan gambar di mana para awak roket sedang berbarbecue dengan teman dan keluarga. Lalu nasib "resmi" para astronaut diberikan. Mereka dikatakan semuanya hilang dalam misi dan tubuh mereka tidak bisa ditemukan. Kemudian sebuah epilog menjelaskan bahwa banyak sampel-sampel batu dari Bulan yang kembali dengan misi-misi Apollo sekarang banyak yang diberikan telah diberikan kepada para pejabat penting negara asing dan banyak pula yang hilang.