中国神话记载着许多英雄人物，他们的出生都与众不同。如商的祖先契，是母亲简狄裸浴时，吞下自天而降的燕子蛋怀孕所致；周的祖先后稷，是母亲姜嫄野外散步，踩上巨人的脚后怀孕所生；连汉高祖刘邦，据说是母亲刘韫与龙杂交怀上的，他是龙的传人。尽管富有传奇性，契、稷和刘邦毕竟是母亲受孕而生。大禹却是父亲无孕所得，属于无性繁殖。我们知道，人类和动物的正常繁衍，无性生育是不可能的，但今天的克隆技术却可以化不可能为现实。以上人物的诞生已告诉我们，克隆不是生物科学领域的专利，远古时期的神话就存在克隆技术的痕迹。其实，古代不少作品，也涉及到了克隆手段的影子。
在不算遥远的未来，人类在月球背面发现了一种能吸收太阳能量并储存氦3的岩石。为了开发新能源，一家名为“月球巨人”的公司在月球上建立了基地，从事矿石的挖掘工作。山姆·贝尔就是这个基地唯一的员工，合同期为三年；陪伴他的只有一名机器人戈蒂。戈蒂很聪明，基本能处理所有事情，山姆的工作比较轻松。
刚到基地不久，山姆就遇到一场灾难，造成短期内部分记忆缺失，幸运的是，他仍清晰地记得机器人戈蒂、温柔漂亮的妻子和聪明可爱的女儿。基地中心的设施很齐全，唯一缺陷是，通讯设备在一次离子风暴中遭到损坏，阻断了与地球的直接交流，只能由木星卫星通讯系统中转信息。
三年来，山姆多次向公司申请修理，可按照戈蒂所说“修月球卫星，在公司事务中占非常低的优先级”，因此自从他失忆以来，从未与妻子和女儿直接进行视频通话。每当想念妻子，山姆就默默盯着贴满墙壁的照片，望着妻子笑盈盈的面容，一切劳累就无从谈起。当然，妻子也会不定期由木星卫星转播视频，暂时缓解山姆的孤单惆怅。
山姆最近很开心，因为距离合同到期只剩下两周。妻子恰巧又传来信息：女儿的生日就要到了，她等待山姆归来，全家一起在花园里为女儿开生日派对。真是双喜临门，听着女儿通过视频含混不清地叫爸爸，山姆身上隐隐的不适感顿时烟消云散。是啊！哪有什么事情比天伦之乐更值得山姆高兴？
在距离山姆返回地球只有几天的时候，在一次例行的采矿工作时，他驾驶的采矿车冲出了轨道，山姆也身受重伤困在车中。恍惚之际，山姆被一个人影救了出来，而当他彻底清醒的时候，他惊恐的发现救自己的人竟然跟自己长得一模一样。
狐疑之下，山姆决定暂缓冰冷的态度，向来访者询问他的身份。对方的回答让山姆惊讶之余仍欣喜万分，对方声称，他在一周前被指派到这里工作，照看机器“收获者”。哦？这就意味着，公司已经派来接班人，自己可以大摇大摆地离开了。同时，基地传来公司信息：救援小组即将赶到，帮助山姆处理工作。哈哈，公司都派出救援队帮助自己处理最后的工作了，苦日子终于熬到头了。山姆虽很郁闷来人与自己相近的容貌，很快却被返回地球的兴奋冲昏了头脑，乐不可支。
新山姆对山姆沉溺幸福的状态视若无睹，他心里揣着隐隐的不安，几次想提出疑问，却总遭到山姆的白眼，而且他也不忍心看到对方从欣喜的巅峰跌落至深谷，那太残忍了！不过他还缺乏有力证据，不足证实猜测，只能一遍遍地回忆自醒来的所有可疑之处……当初从医务室病床上醒来，新山姆被戈蒂告知，他因遭遇意外，致使轻微脑震荡，出现暂时的记忆缺失，这部分倒合情合理。随后，新山姆要出去工作，受到戈蒂的竭力阻挠。他再三坚持，偷偷破坏设施后，戈蒂不得已“开恩”下，有机会走出基地，正在这时他发现了事故地点的山姆。当时山姆处于昏迷状态，浑身布满冰霜，浑身是血，生命体征几乎难以触摸到。初次见到山姆，新山姆同样吓呆了，稍后冷静细想：怎么有这么相似的人？为什么碰巧遇到受伤的山姆？为什么戈蒂会拼命阻挠自己？是巧合，还是人为？
还有山姆的妻子。当山姆炫耀地向他介绍妻子和女儿时，新山姆暗自吃惊：照片上明明是自己的妻子和女儿，怎么又成了他的？难道二人容貌酷似，妻子儿女正好相似吗？绝对不可能！
层层疑惑压在心头，他想和山姆交流，可山姆整日喃喃自语，完全掩埋在回去的喜悦中，还是先找到证据再说吧。“自己究竟是谁”的问题在新山姆的脑海里翻滚无数次，他试想过猜测到的答案，虽不敢肯定，也不由得浑身一阵哆嗦，他无法往下想，种种迹象又恰好吻合猜测。一向稳重的新山姆几乎要丧失理智了，看到山姆仍沉浸于子虚乌有的幸福中，新山姆既为山姆悲哀，也不禁怒火中烧，于是将猜测及理由全盘托出。应该让山姆有思想准备，免得在紧要时刻无法承受致命一击；新山姆的心底还潜藏着另一层担忧。
新山姆认定基地有“密室”，却遭到山姆嗤之以鼻的嘲弄，甚至连新山姆的猜测都觉得可笑之极。自己都窝在这狭小空间三年了，甚至连墙壁上灰尘的厚度都清清楚楚，哪里会有什么密室？新山姆却始终相信，翻箱倒柜四处搜寻，想到命运的不公和山姆的无动于衷，新山姆一怒之下毁掉了山姆三年来心血的结晶——模型。两人为此大打出手，真是不打不相识，之后，习惯孤独的山姆竟开始接受新山姆，也认真思考新山姆的疑问。
山姆的一举一动都没有逃过戈蒂的眼睛。它身为机器人，却富有人的感情。当山姆再次求救似地向这个同伴提出疑问时，戈蒂于心不忍，竟违反公司规定，把实情告知于山姆。
原来新来的山姆跟山姆只是原版山姆的一个克隆体，公司只是在利用原版山姆的身体，复制了一个又一个的山姆，每当一个山姆的生命终结的时候，戈蒂就激活山姆的一个克隆体，继续为公司服务，那些所谓的记忆，也都是由原版的山姆提供的记忆植入进大脑的。
公司派出的救援小组，不是如山姆当初所想帮助他工作的，而是帮助新山姆处理事故和修复机器“收获者”的为保障工作安稳进行，防止克隆人了解事实真相，公司不仅隔断他们与地球的交流通路，还严禁两个克隆人相遇：当前任山姆合同到期或出现意外时，下一个才能被戈蒂激活。公司没有料到山姆有生还的机会，这才命令戈蒂激活新山姆。为防止万一，戈蒂曾千方百计阻止新山姆外出，但事情还是发生了。山姆和新山姆的见面纯属巧合。
救援小组到达后，第一时间就是奔赴现场，检查山姆的尸体。这正是新山姆忧心的地方：几个小时后，戈蒂的隐瞒就会被揭穿，如果赶在救援小组发现前，采取措施，山姆定会遭到不测，新山姆恐怕也有性命之忧。
时间所剩无几，新山姆当机立断，决定实施“替死”的策略：激活并杀死下一个克隆人，顶替山姆躺在事故发生地，混过救援小组的检查。戈蒂在命令与情感之间徘徊片刻后，答应与新山姆一起，帮助病危的山姆实现回地球的夙愿。
山姆很感激新山姆和戈蒂的好意，却婉言拒绝了。他察觉到自己正在迈向死亡的路口，身体越来越衰弱，即使回到“家”，女儿会承认会喜欢这副模样的“父亲”吗？该怎么与原版山姆见面呢？到头来自己终究是“复制”的多余人，连身份都没有；同时，山姆不同意以同类的生命为代价，被人类欺骗利用，已是巨大的不幸，难道“复制品”间仍要互相残杀吗？以别人三年的生存机会换取自己的瞬间苟活，山姆于心不忍。自己苦等三年却换来一场骗局，何不让新山姆借此机会瞒过公司返回地球呢？
山姆是不幸的，他不仅被利用，还清楚事情真相，充分演绎着“山姆”们的血泪人生；新山姆则好心有好报，不仅获得返回地球的机会，关键时刻又得到戈蒂的帮助：戈蒂冒着遭受麻烦的威胁，主动要求新山姆删除自己的记忆库，然后自己设置成是重新启动。新山姆在月球上生活的痕迹荡然无存，也就不会面临丧失生命的危局了。
最后，山姆惨淡地死了，永久地留在月球上；新山姆载着所有“山姆”的回家梦，踏上返回之路；新的“山姆”的生命开启，继续被公司免费“奴役”，之后还有下个、下下个“山姆”……在《月球》当中，克隆人作为了一种替代人类劳动力的工具。自人类诞生以来，每一次的科技飞跃，都会带来人类生产力的巨大解放。从原始时期，人类学会使用工具之后，我们的祖先就同其他的野兽不同，最终进化具有智慧的现代人。经过第一次跟第二次工业革命之后，人类的进步更是突飞猛进，以前需要成千上百人才能完成工作，只需要几台机器就足够了。
在人工智能跟工业技术日趋成熟之后，人类终于发明了机器人来代替人类，进行大批量重复性的劳动。不得不说，机器人在生产能力之上，比人类不是强了一星半点，机器人能够以数百倍的效率来完成同样的工作。早在数十年前，通用公司就开始在汽车制造的流水线上使用机器人来代替人类。
在当代，机器人工人的使用越来越普遍，它们不会抱怨工作场所跟工作时间，只需要电力或者汽油，就能够全天二十四小时不眠不休地进行工作。可以说，机器人是人类历史上解放生产力的极为重要的发明。
然而，机器人工人依旧有着巨大的缺陷，那就是无法应对计划外的情况，一旦跟预设的程序冲突，那么再精密的机器人也会犯错，哪怕是传送带上多出了一块石头，也有可能造成所有机器人工人的异常。科学家们如今对机器人的研发，重点也放在了开发机器人的自主智能之上。
电影中的克隆人，相比于机器人来说，智力水平更加强大，因为他们原本就来源于人类，他们同人类有着相似的思维，在应对突然出现的问题之上，会有更多的自我选择。一方面，设定好的规则会让克隆人进行重复劳动，另一方面，克隆人在应付可能产生的突发情况时，也能够比机器人表现更好。
电影中的背景是在月球上的基地，在如此人烟罕至的地方，安排一个克隆人进行采矿工作，显然要比安排一台机器人更加合适。虽然克隆人的劳动力跟一个正常人类差不了太远，但是至少他能够代替人类在月球上面工作，试想一下，哪个人类能忍受住三年的寂寞，独自在月球上呆上三年呢？
这样看来，机器人工人跟克隆人各有所长。机器人擅长的是大规模的批量产业，重复性劳动，而克隆人则在应付突然状况上更胜一筹。那么，现在我们有了一个新的问题：机器人可以大量的制造，那么克隆人呢？
现实是尽管自从1997年“多利羊”诞生之后，科学家已经相继克隆出了许多动物，其中包括牛、猪、老鼠、山羊和猫。但克隆技术对人类而言还是一个存在许多未知因素的领域，许多克隆动物生下来就已经死亡，有些存活下来的也有严重的生理缺陷。
尤为值得注意的是，迄今为止克隆猴子——遗传性上与人类最接近的动物，运用“多利羊”的克隆技术还没有人获得过成功，而且已经被克隆出来的动物中也有许多存在严重生理缺陷，这对克隆人的实现不能不说是一种障碍。