Quando uma plataforma terrestre no Deserto de Gobi da Mongólia torna-se improdutiva, o Capitão Frank Towns (Dennis Quaid) e a copilota "A.J." (Tyrese Gibson) são enviados para desligá-la por meio de um C-119 Flying Boxcar. Contudo, na rota para Pequim, uma tempestade de areia os obriga a realizar um pouso forçado num ponto remoto do deserto. Além dos dois, viajavam também no avião a tripulação da plataforma, e Elliot (Giovanni Ribisi), um nômade solitário. Como carga, a aeronave levava os pedaços da plataforma. Durante a queda, um dos membros da tripulação, Kyle, cai para sua morte pela porta de carga danificada, e dois outros, Dr. Gerber (Paul Ditchfielde) e Newman (Martin Hindy), morrem na turbulência e no impacto. O avião danifica-se de maneira que um conserto fica impossível nas condições do grupo.
Quando a tempestade cessa e a areia abaixa, eles descobrem que só tem água para um mês. Davis (Jared Padalecki) sai e se perde, more e não é encontrado por sua equipe. Quando eles percebem que ele desapareceu, abalam-se. Outros tentam ir embora, mas o capitão pede que fiquem e o grupo decide apenas esperar pelo resgate. Contudo, eles percebem que talvez o resgate não venha tão rápido quanto esperam (se vier), e surpreendem-se com a ideia de Elliot, que diz ser um designer de aeronaves: construir um novo avião a partir dos pedaços úteis do C-119 destruído.
O capitão inicialmente recusa a ideia, e James Liddle decide caminhar sozinho pelo deserto. Frank tenta impedir qualquer tentativa de ir atrás dele, mas Kelly o repreende, e o capitão decide ir atrás do membro por si só, seguindo suas pegadas e carregando apenas um cantil de água. Após uma longa jornada, ele chega à um vale cheio de restos metálicos frescos, que são na verdade a carga do avião que caiu quando a porta de carga se abriu durante a queda. Junto aos destroços, o capitão descobre o corpo nu e baleado de Kyle com várias cápsulas de balas ao seu redor. James aparece e diz a ele que alguém já passou por lá e pegou o relógio que Kyle ganhou dele num jogo de pôquer.
O grupo tenta sobreviver por várias semanas debaixo de tempestades de areia, falta de água, e brigas internas. O futuro avião é denominado Fênix, em referência à ave mitológica. É então revelado que Elliot é na verdade um designer de miniaturas de aviões, que segundo ele não são brinquedos mas sim aviões menores.
Os problemas aumentam quando um grupo de ladrões do deserto monta seu acampamento próximo ao local da queda e, numa tentativa de comunicação, Rodney (Tony Curran) acaba morto. No pulso do bandido, pode-se ver o relógio ao qual James se referiu quando Frank encontrou o corpo morto de Kyle. O bandido é mais tarde friamente executado por Elliot quando foi capturado e levado pelo grupo. Apesar dos problemas, o grupo consegue construir um avião e o fazem decolar, a tempo de não serem pegos por um grande grupo de ladrões.
Por uma série de fotos, pode-se ver que, depois dos eventos mostrados, Frank e AJ começaram sua própria linha aérea chamada Phoenix (Fênix), Sammi e sua esposa começam seu restaurante, James se reencontra com sua esposa e filhos, Ian se torna um jogador de golfe profissional , Kelly trabalha em uma plataforma oceânica e Elliot aparece na capa de uma revista vestindo uma roupa espacial e com uma manchete que diz: "NASA's New Hope?" ("A Nova Esperança da NASA?").