為了實現從月球到地球的歸家之旅，《獨行月球》的主人公獨孤月（沈騰 飾）調動了自己的全部智慧，搜尋月面上的動力器材，自行拼裝返程火箭。地球上他一直暗戀的女主馬藍星（馬麗 飾）也在竭盡所能地助力他實現凱旋。然而，就在排除了種種因技術、疏忽和錯誤導致的困難，兩個相愛的人即將重逢，完美結局近在眼前的時候，一個艱難的選擇擺在了獨孤月面前：另一塊龐然隕石正飛向地球，劫後餘生的地球人將遭受滅頂之災。而月球上的獨孤月和他飛船上那枚名為「月球之錘」的重型核彈，就是地球唯一的生存機會。
拯救地球是個超級命題，但是拯救地球上的愛人卻是個人命題。為了女主，為了成全人類的生存機會，獨孤月選擇了勇敢。
《獨行月球》不是一部從內到外硬邦邦的科幻電影，而是一部科幻架構下的頗有分量的劇情片。影片中利用月球基地發射攔截武器，摧毀逼近地球的隕星等科幻元素雖然算不得驚世駭俗，但是各種情感和幽默元素的植入，大大提升了影片的感染力。
如果拋開影片中的喜劇戲碼，從科學層面審視，《獨行月球》探討了一個被反覆思忖的嚴肅問題——假如地球遭遇外來天體撞擊，究竟能有多大的倖存幾率？地質研究表明，發生在距今6500萬年前的一次大規模外隕星撞擊曾導致地球物種大量滅絕。如果這樣的撞擊發生在今天，自恃遠比恐龍更具智慧能力的人類，顯然不會坐以待斃。
《獨行月球》的製作者採取了更具暴烈力量的手段，用多枚大型核彈直接摧毀隕星，並且把發射基地選在了月球上——從重力更小的月球上向深空發射航天器會更為容易。影片中設計了一個名為「月球之盾」的計劃，就是在「月球之錘」核彈摧毀隕星產生大量小型碎片後，利用月球作為盾牌直接阻擋殘餘碎片撞擊地球，並藉助月球引力捕獲更小的碎片，這都是非常大膽、新奇的想法。當然，在距離月球僅38萬公里的距離上存在一個引力和尺度都遠大於月球的傢伙——地球。但是，科幻的價值並不是精確無誤的求證，而是科學邏輯的假設。
在浩如煙海的星河裡，地球更像是一粒微塵，飄搖流浪在無數微塵中間，與其他飄忽莫測的微塵近距離相遇乃至零距離相逢，幾率雖然不算大，但總還是會有的。在人類誕生以前，這種事情自然無人過問（恐龍想過問也沒技術手段），但在人類文明已經有了幾千年經驗值的時候，我們將不得不嘗試用我們孱弱的科學肌肉去阻擋那些秒行萬里的不速之客。
要阻止地外天體撞擊地球，人類確實經歷過《獨行月球》描述的那種「粉碎機思維」階段。如果能用火箭把超級核武器——這是人類所能掌握的最具毀滅能力的東西，送到隕星上並引爆，可以摧毀小個頭的隕星，使其對地球不具威脅或降低威脅。
「粉碎機思維」之後興起的是另一種應對策略，那就是變軌概念。如果用一枚或多枚火箭發射到隕星上並實現附着，就相當於給隕星安裝了推進系統。通過調整推力的大小和方向，讓隕星改變飛行軌道。只要它的軌道不與地球交會，那麼它可以繼續自己的旅程。這種思維有點類似於大禹治水，與其堵截，不如疏導。在技術上這一概念也更具可控性，且能更有效地阻止災難和次生災難的發生，唯一的問題是要求更高的工程技術水平。好在人類的航天技術也沒有原地踏步，也在不斷提升。
《獨行月球》描述的月球基地已經屬於抵近幻想，因為中國、美國以及其他一些國家都在考慮建設有人駐留的月球基地問題。人在月球長期居住所需的建築、能源、食品、飲水等問題正在逐步得到解決。
但是人類到達月球並長期駐留並不只是為了獵奇甚或探索，在人類的航天宏圖中，月球也許是冥冥中上蒼為我們準備的一塊跳板，我們可以通過月面小憩認知太空，進而從它起航邁向更深邃的宇宙。當然，如果必要，月球也能成為地球的外線防衛基地——雖然我們希望永遠不會啟用這個基地。
電影是用視覺藝術講述的故事。這樣一個關於當下和近未來的命題，以科幻喜劇的形式走向普羅大眾、尤其是青少年一代，或許可以啟迪喚醒更多年輕人對科學的探索精神。畢竟，史上很多科學家的原初科學興趣都來自優秀的科幻作品。
每一部成功的電影，都是在特定的劇情環境中構建精彩故事。《獨行月球》在這兩個方面都堪稱煞費苦心且頗為成功，在笑聲笑語中提醒人們思考活着的意義。總結來說，《獨行月球》講的是月球上的一個生而無望的人和地球上一群生而無望的人彼此加註精神推進劑的有趣故事。
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