La veille de la découverte d'un double de la Terre, une tragédie survient et les vies d'une jeune et brillante astrophysicienne et d'un compositeur de génie sont désormais liées irrévocablement.
Dans Another Earth, Rhoda Williams (Brit Marling), une jeune femme brillante qui vient d'être acceptée au MIT pour y faire des études de physique, rêve d'explorer le cosmos. De son côté, un compositeur de génie, John Burroughs (William Mapother), a atteint l'apogée de sa carrière et il attend son deuxième enfant. La veille de la découverte d'un double de la Terre, une tragédie survient et les vies de ces deux étrangers sont désormais liées irrévocablement.