Действие фильма разворачивается в далеком будущем. По счастливой или не очень случайности на борту звездолета «Серенити», команда которого занимается межпланетной контрабандой, оказываются доктор Саймон и его сестра Ривер, наделенная телепатическими способностями. Как оказалось, девушка узнала некую правительственную тайну, поэтому ее преследует Вселенский Альянс. Капитан «Серенити» Мэй Рейнольдс использует дар Ривер при нападении на одну из планет Солнечной системы. Возмущенный такой расчетливостью Саймон собирается покинуть звездолет вместе с сестрой, но по пути в безопасное место с Ривер происходит нечто странное. Хрупкая девушка ловит кодовый сигнал, впадает в транс и превращается в машину для убийств…
Космический "морской волк" и ветеран Гражданской Галактической войны Малькольм "Мэл" Рейнольдс – теперь всего лишь капитан транспортного корабля. Когда они взяли на борт пассажиров – молодого доктора и его странную сестру с телепатическими способностями, ни он, ни его товарищи не предполагали, в какую историю ввяжутся. Спасаясь сразу от нескольких могущественных врагов – и от военных сил тоталитарного Вселенского Альянса, и от ужасных каннибалов Жнецов, команда корабля даже не догадывалась, какая угроза скрывается на борту "Серенити".