The Moon ปฏิบัติการพิชิตจันทร์ บอกเล่าเรื่องราวของ ฮวังซอนอู (รับบทโดย โดคยองซู) นักบินอวกาศที่กลายเป็นผู้รอดชีวิตเพียงหนึ่งเดียว หลังจากภารกิจสำรวจดวงจันทร์ต้องเผชิญวิกฤตจากพายุสุริยะ จนเป็นเหตุให้เพื่อนร่วมชะตากรรมอีกสองรายต้องจบชีวิตลง กลางอวกาศอันเคว้งคว้างห่างจากพื้นโลกด้วยระยะทางกว่า 384,000 กิโลเมตร ฮวังซอนอูต้องหาทางเอาตัวรอดจากหายนะเพียงลำพัง ขณะที่ คิมแจกุก (รับบทโดย ซอลคยองกู) อดีตผู้อำนวยการโครงการสำรวจดวงจันทร์ครั้งแรกที่เคยล้มเหลวเมื่อหลายปีก่อน กำลังหาทางช่วยเหลือจากพื้นโลกเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดประวัติศาสตร์ซ้ำรอย