ブースト段階での迎撃の利点は、ミサイル自体がまだ低速で、また弾頭を切り離す前であるため大きいことから、迎撃が比較的容易であることである。逆に欠点としては、迎撃手段が常に対応可能な位置にいるとは限らないことである。またその性質上、敵領空内での迎撃となる可能性が高いため、制空権が確保されていない場合使用が困難でもある。この段階での破壊に用いられる兵器としては、ABL（Airborne Laser）やKEI（Kinetic Energy Interceptor）が挙げられる。ABL（Airborne Laser）はレーザーを使用しブースト段階のミサイルを破壊しようとするものであり、アメリカ空軍において、AL-1 として2011年まで開発していた。これは、サイエンス・フィクション的な威力によってミサイルを焼き切ったりするものではなく、弾道弾が上昇中のほんの一時期、ロケットモーターが全力で推進している状態でレーザー光を照射する事により高圧状態のミサイル本体、特に推進剤タンク部分の外板に負荷を掛けて、ロケットを自爆させる兵器である。この原理上、燃焼が終了したミサイルには効力がない。つまり、ABLを領空内に侵犯させない限り、広い国土を持つ大陸国家（アメリカ、ロシア、中国、インド）相手の迎撃は、その射程（200-300kmを想定）から見て不可能である。KEI（Kinetic Energy Interceptor）は大型の対空ミサイルで、この後の段階での迎撃に用いられているスタンダード・ミサイル3型（SM-3）やTHAADミサイルと同様、直撃によって目標を撃破する運動エネルギー投射体（Kinetic projectile）を使用する。地上発射型と、艦船搭載型の開発が進められている。
宇宙飛行士のマーク・ワトニーは火星への有人探査計画であるアレス3に、クルーとして参加する。宇宙船ヘルメス号で火星に到着したワトニーらクルー達は、地表を探査任務中、大砂嵐に襲われた。彼等は全ミッションを放棄して火星からの退避を決めてロケットへ向かうが、その最中に折れたアンテナがワトニーを直撃する。指揮官のメリッサ・ルイスとクルーたちは現状と環境をシステムから計算した結果、ワトニーが死んだと判断して火星衛星軌道上のヘルメス号へ戻り、地球への帰還のため出発してしまう。ところが、ワトニーは生存していた。火星に一人取り残されてしまったことを知った彼は、残されたわずかな物資を使って生き延びようとする。地球から救助隊や支援物資がすぐに来る見込みはない。ワトニーは植物学者としての持ち前の知識を活かし、前ミッションから残留保存されていた資材を材料に水、空気、電気を確保する。さらに物資の中にあった「感謝祭まで開けるな」と書かれた箱の中から『生のジャガイモ』を発見し、火星の土と『クルーの排泄物』をもとに耕作用の土を用意し、そのジャガイモの栽培に成功する。ワトニーは次のミッションであるアレス4が到着するまでの4年間を生きのびようと、火星の厳しい環境に立ち向かう。その頃、NASAではソーラーパネルやローバー2が動いている事で、死亡していたと思われていたワトニーの生存を察知する。しかし、食料が足りず、通信さえ取れない状況にあるワトニーの生存は、地球に向かっているヘルメス号のクルー達には伏せられた。ワトニーは過去に火星に送り込まれていた無人探査機マーズ・パスファインダーを見つけて回収し、その通信機能を回復させた。NASAは、彼がマーズ・パスファインダーを掘り出す事を察知して、地球側に保管されていたマーズ・パスファインダーのレプリカを通して短い通信を可能にした。だが、複雑な内容を伝えることはできないため、まずは16進法を用いた情報伝達方法を確立させ、ローバーのシステムをハッキングしてシステムを追加する方策をNASA側がワトニーに教えたことで、ようやく文章送信による直接連絡が可能になった。ある日、居住施設の外層が破損し、ワトニーが入ったままのエアロックが吹き飛んでしまう。ワトニーは辛うじて無事で、施設の応急修理も成功して再度住めるようになったが、栽培中だったジャガイモが全滅したため、残った食料を食い延ばすことを余儀なくされる。NASAはワトニーのために追加の食料などを送ることを決めて、無人輸送艇などを急遽建造してロケットを打ち上げるものの、急ぐあまりに一部の点検を省略したため、貨物のバランスが崩れて打ち上げは失敗してしまう。NASAのロケットによる支援ができなくなった矢先、中国国家航天局から援助の申し出があり、救助のための輸送を中国のロケットが引き受けることになり、新たな輸送艇の建造が急ピッチで進められた。NASA長官で最高司令官であるテディ・サンダースは地球帰還中のアレス3のクルーたちを安全に帰還させるか、もう一度火星に戻るリスクを冒してワトニーを救わせるかの二者択一に迫られるが、彼は前者を選ぶ。しかし、長官のその意図はフライトディレクターのミッチ・ヘンダーソンによって、クルーたちに漏らされてしまう。ヘルメス号に乗るクルーたちは全員一致の意見で長官の指令に反対し、地球上の軌道でスイングバイを行いながら中国のロケットで打ち上げられた救援物資を受け取ると、火星へ戻る。ワトニーは、ヘルメス号が火星上の軌道に乗る日に合わせて、アレス4用にあらかじめ送り込まれていたMAV (Mars Ascent Vehicle) に向かうことになった。彼はローバーを改造すると、居住施設に別れを告げて出発する。長距離を数日間かけて走破し、ついに彼は火星の重力を振り切る唯一の手段となるMAVにたどり着く。ワトニーはMAVを軽量化するため、地球からの指示にもとづき、カバーやハッチ、他クルー用の座席、制御機器をすべて取り外し、外側から布製の覆いをかぶせる。ワトニーが乗り込んだMAVはヘルメス号からの遠隔操作によって打ち上げられるが、軽量化のための覆いが打ち上げ途中に剥離し、それに伴う空気抵抗でヘルメス号の軌道には届かず、相対速度も低下しないままとなる。ヘルメス号のクルーたちは船のエアロックのうち一か所を自ら破壊して急減速を行い、ワトニーも宇宙服の指に穴を開けて、吹き出る空気の反動を利用してヘルメス号へ近付こうとする。彼等の命がけの工夫が功を奏し、全世界が中継映像を見守る中、トニーは無事に船内に収容されてクルーたちとの再会を果たす。後日、NASA教官となったワトニーは宇宙飛行士訓練生たちの前で火星での日々を振り返り、救出ミッションに関わった者たちの後日譚が描かれる。